BR112019004159B1 - ANAEROBIC PURIFICATION DEVICE AND METHOD FOR FLUID PURIFICATION - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um dispositivo de purificação anaeróbica para a purificação de água residual, em que o dispositivo de purificação anaeróbica compreende: - um tanque de reator (10) configurado para, durante o funcionamento, ter uma manta de lodo formada na parte de fundo; - uma entrada de fluido (12) para, em funcionamento, introduzir afluente no tanque de reator, a entrada de fluido situada na seção inferior do tanque de reator (10); - pelo menos um sistema de coleta de gás (13); - pelo menos um dispositivo de separação de gás e líquido (30); - pelo menos um cano do tipo riser (22) conectado ao pelo menos um sistema de coleta de gás (13) e descarregar no dispositivo de separação de gás e líquido (30); - um tubo de alívio (24) conectado ao dispositivo de separação de gás e líquido (30) e descarga no fundo do tanque de reator (10); e - uma saída de fluido (16) que compreende meios para, em funcionamento, variar a altura do nível de fluido (19) no tanque de reator em uma faixa predeterminada, em que a saída de fluido é disposta na seção superior do tanque de reator (10); em que o meio de controle de nível de fluido compreende: uma válvula de fluido (15) configurado para controlar a altura do fluido no tanque de reator dentro (...).This is an anaerobic purification device for the purification of waste water, wherein the anaerobic purification device comprises: - a reactor tank (10) configured to, during operation, have a sludge blanket formed in the bottom part ; - a fluid inlet (12) for, in operation, introducing influent into the reactor tank, the fluid inlet located in the lower section of the reactor tank (10); - at least one gas collection system (13); - at least one gas and liquid separation device (30); - at least one riser-type pipe (22) connected to at least one gas collection system (13) and discharging into the gas and liquid separation device (30); - a relief pipe (24) connected to the gas and liquid separation device (30) and discharge at the bottom of the reactor tank (10); and - a fluid outlet (16) comprising means for, in operation, varying the height of the fluid level (19) in the reactor tank within a predetermined range, wherein the fluid outlet is arranged in the upper section of the reactor tank. reactor (10); wherein the fluid level control means comprises: a fluid valve (15) configured to control the height of the fluid in the reactor tank within (...).
Description
[001] A invenção refere-se a um dispositivo de purificação anaeróbica para a purificação de água residual com altura de água variável.[001] The invention relates to an anaerobic purification device for the purification of wastewater with variable water height.
[002] São bem conhecidos na técnica os dispositivos de purificação anaeróbica para a purificação de fluido, como água residual. O documento EP 170 332 B1 revela um dispositivo de purificação anaeróbica em que a água residual que contém material orgânico é submetida a um processo no qual o material orgânico dissolvido é quebrado sob condições anaeróbicas. O fluido entra em um tanque de reator do dispositivo de purificação. Gás, mais especificamente, metano, é produzido quando o fluido com substâncias dissolvidas entra em contato com a biomassa situada dentro do tanque. Um ciclo de circulação de fluido é criado, no qual o fluido é empurrado para cima junto com o gás gerado através de um cano do tipo riser, alcança um dispositivo de desgaseificação situado acima do reator em que o gás é separado do fluido, e o gás sai do dispositivo, enquanto o fluido flui para baixo até o fundo do reator para que se usado novamente no ciclo. Entretanto, flutuações podem ocorrer quando a água que flui para cima e as bolhas de gás ascendentes agitam os flocos e partículas de biomassa. Isso pode gerar turbulência que pode resultar em quantidades excessivas de biomassa a serem eliminadas do reator, limitando consideravelmente a capacidade de carga do reator. O documento EP 170 332 aborda isso por meio da criação de um reator que inclui uma pluralidade de sistemas de coleta de gás a diferentes alturas no reator, de modo a não colocar a carga de gás principal em um sistema de coleta de gás mais acima.[002] Anaerobic purification devices for the purification of fluid such as waste water are well known in the art. Document EP 170 332 B1 discloses an anaerobic purification device in which waste water containing organic material is subjected to a process in which the dissolved organic material is broken down under anaerobic conditions. The fluid enters a reactor tank of the purification device. Gas, more specifically, methane, is produced when the fluid with dissolved substances comes into contact with the biomass located inside the tank. A fluid circulation cycle is created, in which the fluid is pushed upward along with the generated gas through a riser-type pipe, reaches a degassing device situated above the reactor in which the gas is separated from the fluid, and the gas exits the device, while the fluid flows down to the bottom of the reactor to be used again in the cycle. However, fluctuations can occur when upward-flowing water and rising gas bubbles agitate biomass flakes and particles. This can generate turbulence which can result in excessive amounts of biomass being eliminated from the reactor, considerably limiting the reactor's loading capacity. Document EP 170 332 addresses this by creating a reactor that includes a plurality of gas collection systems at different heights in the reactor so as not to place the main gas charge in a gas collection system higher up.
[003] A patente EP 1 888 471 B1 descreve que é necessária uma certa altura H3 para levantar a água do compartimento de fundo do reator para o compartimento de topo. Essa altura representa a altura da coluna de água situada acima de um ponto dentro do tubo de alívio que está na mesma altura que o nível de água fora do tubo de alívio, mas dentro do tanque. A água é levantada pelo gás produzido. Quanto maior o valor de H3, mais gás é necessário para levantar a água. Por outro lado, quanto menor o valor de H3, menos gás é necessário para levantar a água.[003] Patent EP 1 888 471 B1 describes that a certain height H3 is necessary to lift water from the bottom compartment of the reactor to the top compartment. This height represents the height of the water column above a point inside the relief tube that is at the same height as the water level outside the relief tube but inside the tank. The water is lifted by the gas produced. The higher the H3 value, the more gas is needed to lift the water. On the other hand, the lower the H3 value, the less gas is needed to lift the water.
[004] O valor de H3 tem um segundo efeito: determina a energia potencial da água no dispositivo de desgaseificação e, dessa forma, a quantidade de força gravitacional que empurra a água do dispositivo de desgaseificação para o compartimento de fundo de reator. Se o valor de H3 for muito baixo, a coluna de água que precisa fluir para baixo não terá força suficiente (cabeça de água) para superar a resistência no compartimento de fundo do reator. Como resultado, o nível de água no dispositivo de desgaseificação situado acima do reator aumentará e poderá transbordar. Isso leva a um mau funcionamento. Por conseguinte, é necessário um nível mínimo de H3, conforme descrito no documento EP 1 888 471 B1.[004] The value of H3 has a second effect: it determines the potential energy of the water in the degassing device and, therefore, the amount of gravitational force that pushes the water from the degassing device to the reactor bottom compartment. If the H3 value is too low, the water column that needs to flow downward will not have enough force (water head) to overcome the resistance in the bottom compartment of the reactor. As a result, the water level in the degassing device located above the reactor will rise and may overflow. This leads to a malfunction. Therefore, a minimum level of H3 is required, as described in EP 1 888 471 B1.
[005] Existem vários aspectos para o aprimoramento no modelo do documento EP 1 888 471 B1. Primeiro, a concentração de poluentes nas águas residuais não é idêntica para todas as aplicações. Isso significa que, para águas residuais de baixa concentração, pouco gás é produzido e, portanto, pouca água é reciclada. Para águas residuais altamente concentradas, por outro lado, uma grande quantidade de gás é produzida e uma grande quantidade de água é reciclada. O operador não é capaz de influenciar esse fenômeno. Em segundo lugar, a resistência da água que flui para o compartimento de fundo de reator não é um valor fixo, mas pode mudar ao longo do tempo e é diferente para diferentes tipos de aplicação. Isto é principalmente devido à resistência causada pela manta de lodo. A manta de lodo pode ser muito densa (alta resistência) ou mais fluida. O operador também não é capaz de influenciar esse fenômeno. Em terceiro lugar, à medida que o valor de H3 aumenta, a água elevada desenvolve uma tendência a “explosão”, causando grandes choques/vibrações e variações no fluxo.[005] There are several aspects for improvement in the model of document EP 1 888 471 B1. First, the concentration of pollutants in wastewater is not identical for all applications. This means that for low concentration wastewater, little gas is produced and therefore little water is recycled. For highly concentrated wastewater, on the other hand, a large amount of gas is produced and a large amount of water is recycled. The operator is not able to influence this phenomenon. Secondly, the resistance of water flowing into the reactor bottom compartment is not a fixed value, but can change over time and is different for different types of applications. This is mainly due to the resistance caused by the sludge blanket. The sludge blanket can be very dense (high strength) or more fluid. The operator is also not able to influence this phenomenon. Thirdly, as the H3 value increases, the elevated water develops a tendency to “burst”, causing large shocks/vibrations and variations in flow.
[006] O documento US 2013/319935 A1 divulga um dispositivo de purificação anaeróbica para a purificação de águas residuais que compreende um separador para separar uma mistura em lama, água e gás e situado em uma parte superior do dispositivo, em que o separador compreende um ciclone, com um nível fixo de fluido no reator, e em que uma circulação interna é ajustada com um recipiente interno usado como um canal de transbordamento.[006] Document US 2013/319935 A1 discloses an anaerobic purification device for purifying wastewater comprising a separator for separating a mixture into sludge, water and gas and situated in an upper part of the device, wherein the separator comprises a cyclone, with a fixed level of fluid in the reactor, and in which an internal circulation is adjusted with an internal vessel used as an overflow channel.
[007] Existe, portanto, uma necessidade de um dispositivo de purificação anaeróbica que possa ser adaptado a diferentes concentrações de COD e a diferentes resistências na manta de lodo.[007] There is, therefore, a need for an anaerobic purification device that can be adapted to different COD concentrations and different resistances in the sludge blanket.
[008] Um objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo de purificação anaeróbica aprimorado que aborde pelo menos um dos aspectos para aprimoramento identificados acima. Isto é conseguido sendo capaz de variar a diferença na altura de água entre o nível da água no reator, e o nível no qual a água é trazida no dispositivo de desgaseificação proveniente do reator. Essa variação possibilita operar sob uma variação maior de fluxos de gás, mantendo um fluxo de recirculação interna ideal.[008] An object of the present invention is to provide an improved anaerobic purification device that addresses at least one of the aspects for improvement identified above. This is achieved by being able to vary the difference in water height between the water level in the reactor, and the level at which water is brought into the degassing device from the reactor. This variation makes it possible to operate under a greater variation of gas flows, maintaining an ideal internal recirculation flow.
[009] O volume de biogás produzido no tempo é uma função da concentração de poluentes orgânicos, o carbono orgânico dissolvido (COD) nas águas residuais. Quanto maior a concentração de poluentes, maior a produção de gás quando as águas residuais entram em contato com a biomassa dentro do reator e mais fluido é elevado e reciclado para baixo pela recirculação interna. Se o valor de H3 é fixo, a razão entre o fluido reciclado e o gás também é fixa, assumindo uma resistência fixa do fluido que flui para o compartimento de fundo (na manta de lodo).[009] The volume of biogas produced over time is a function of the concentration of organic pollutants, dissolved organic carbon (DOC) in wastewater. The higher the concentration of pollutants, the greater the gas production when wastewater comes into contact with the biomass within the reactor and the more fluid is lifted and recycled downwards by internal recirculation. If the value of H3 is fixed, the ratio between recycled fluid and gas is also fixed, assuming a fixed resistance of the fluid flowing to the bottom compartment (in the sludge blanket).
[010] Os inventores perceberam que os problemas identificados acima podem ser resolvidos se o valor de H3 for variável dentro de uma faixa pelo operador, dependendo do tipo de uma aplicação sendo realizada: alta ou baixa concentração de COD na manta de lodos residuais, densos ou fluidos.[010] The inventors realized that the problems identified above can be solved if the H3 value is variable within a range by the operator, depending on the type of application being performed: high or low COD concentration in the waste sludge blanket, dense or fluids.
[011] A invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica para a purificação de água residual, em que o dispositivo de purificação anaeróbica compreende:[011] The invention provides an anaerobic purification device for purifying waste water, wherein the anaerobic purification device comprises:
[012] - um tanque de reator configurado para, durante o funcionamento, ter uma manta de lodo formada na parte de fundo;[012] - a reactor tank configured to, during operation, have a sludge blanket formed at the bottom;
[013] - uma entrada de fluido para, em funcionamento, introduzir afluente no tanque de reator;[013] - a fluid inlet to, in operation, introduce affluent into the reactor tank;
[014] - pelo menos um sistema de coleta de gás;[014] - at least one gas collection system;
[015] - pelo menos um dispositivo de separação de gás e líquido;[015] - at least one gas and liquid separation device;
[016] - pelo menos um cano do tipo riser conectado ao pelo menos um sistema de coleta de gás e descarga no dispositivo de separação de gás e líquido;[016] - at least one riser-type pipe connected to at least one gas collection and discharge system in the gas and liquid separation device;
[017] - um tubo de alívio conectado ao dispositivo de separação de gás e líquido e descarga no fundo do tanque de reator; e[017] - a relief tube connected to the gas and liquid separation and discharge device at the bottom of the reactor tank; It is
[018] - uma saída de fluido conectado ao meio de controle de nível de fluido para variar a altura de um nível de fluido no tanque de reator em uma faixa predeterminada;[018] - a fluid outlet connected to the fluid level control means for varying the height of a fluid level in the reactor tank within a predetermined range;
[019] em que o meio de controle de nível de fluido compreende:[019] wherein the fluid level control means comprises:
[020] uma válvula de fluido (15) configurado para controlar a altura do fluido no tanque de reator dentro da faixa predeterminada,[020] a fluid valve (15) configured to control the fluid height in the reactor tank within the predetermined range,
[021] um detector de nível de fluido (17),[021] a fluid level detector (17),
[022] um medidor de fluxo de gás (33) configurado para medir a taxa de produção de gás no dispositivo de purificação anaeróbica, e[022] a gas flow meter (33) configured to measure the gas production rate in the anaerobic purification device, and
[023] uma unidade de controle configurada para regular a válvula de fluido (15) para variar a altura do nível de fluido no tanque de reator (10) com base em pelo menos um dentre o nível de fluido detectado pelo detector de nível de fluido (17) e a taxa de produção de gás detectada pelo medidor de fluxo de gás (33).[023] a control unit configured to regulate the fluid valve (15) to vary the height of the fluid level in the reactor tank (10) based on at least one of the fluid level detected by the fluid level detector (17) and the gas production rate detected by the gas flow meter (33).
[024] A entrada de fluido pode ser disposta em uma seção inferior (por exemplo, na metade inferior ou no quarto inferior) do tanque de reator. A saída de fluido pode ser disposta na seção superior (por exemplo, na metade superior ou no quarto superior) do tanque de reator.[024] The fluid inlet can be arranged in a lower section (for example, in the lower half or in the lower quarter) of the reactor tank. The fluid outlet can be arranged in the upper section (eg upper half or upper quarter) of the reactor tank.
[025] A invenção permite vantajosamente que o nível de fluido seja variado sob condições operacionais, a fim de alterar o valor de H3. Esse nível pode variar, permitindo que uma quantidade controlada de água da seção superior do reator saia do reator através da saída de fluido.[025] The invention advantageously allows the fluid level to be varied under operating conditions in order to change the value of H3. This level can be varied, allowing a controlled amount of water from the top section of the reactor to exit the reactor through the fluid outlet.
[026] Na descrição a seguir, “tanque do reator”, “reator” e “tanque” podem ser usados de forma intercambiável.[026] In the following description, “reactor tank”, “reactor” and “tank” can be used interchangeably.
[027] Uma modalidade da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que a saída de fluido é conectada ao tanque de reator a uma altura igual a ou abaixo de um limite inferior da faixa predeterminada, ou seja, a uma altura predeterminada de modo que um limite inferior da faixa predeterminada esteja acima da altura predeterminada.[027] One embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which the fluid outlet is connected to the reactor tank at a height equal to or below a lower limit of the predetermined range, that is, at a predetermined height so that a lower limit of the predetermined range is above the predetermined height.
[028] Dessa forma, é garantido que a saída de fluido permite que o fluido saia do reator até que o nível de fluido atinja o mínimo dentro da faixa predeterminada, e é garantido que o fluido pode deixar o reator fluir naturalmente para baixo, sem a necessidade de uma bomba ou qualquer outro meio de elevação.[028] In this way, it is ensured that the fluid outlet allows the fluid to exit the reactor until the fluid level reaches the minimum within the predetermined range, and it is ensured that the fluid can let the reactor flow naturally downwards, without the need for a pump or any other means of lifting.
[029] Uma outra modalidade da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica que compreende adicionalmente um canal de transbordamento situado no tanque de reator a uma altura igual a ou acima de um limita superior da faixa predeterminada.[029] Another embodiment of the invention provides an anaerobic purification device that further comprises an overflow channel located in the reactor tank at a height equal to or above an upper limit of the predetermined range.
[030] Um canal de transbordamento de fluido do tipo calha ou sistema de extração do tipo tubagem pode estar situado na parte superior do tanque de reator a fim de coletar o fluido purificado que não saiu do tanque de reator através da saída de fluido e que alcança o topo do tanque de reator.[030] A gutter-type fluid overflow channel or pipe-type extraction system may be situated at the top of the reactor tank in order to collect the purified fluid that has not exited the reactor tank through the fluid outlet and which reaches the top of the reactor tank.
[031] Uma modalidade da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o meio de controle de nível de fluido compreende uma válvula de fluido configurada para controlar a altura do fluido no tanque de reator dentro da faixa predeterminada.[031] One embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the fluid level control means comprises a fluid valve configured to control the height of fluid in the reactor tank within a predetermined range.
[032] Uma modalidade da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o meio de controle de nível de fluido compreende um detector de nível de fluido, e em que a altura do nível de fluido no tanque de reator é variada com base no nível de fluido medido.[032] One embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the fluid level control means comprises a fluid level detector, and wherein the height of the fluid level in the reactor tank is varied based on the level of measured fluid.
[033] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o meio de controle de nível de fluido compreende adicionalmente um medidor de fluxo de gás configurado para medir a taxa de produção de gás no dispositivo de purificação anaeróbica, e em que a altura do nível de fluido no tanque de reator é variada com base na taxa de produção medida de gás.[033] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the fluid level control means further comprises a gas flow meter configured to measure the rate of gas production in the anaerobic purification device, and wherein The height of the fluid level in the reactor tank is varied based on the measured gas production rate.
[034] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o meio de controle de nível de fluido compreende uma unidade de controle para regular a válvula de fluido com base no nível de fluido detectado pelo detector de nível de fluido e na taxa de produção de gás detectada pelo medidor de fluxo de gás.[034] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the fluid level control means comprises a control unit for regulating the fluid valve based on the fluid level detected by the fluid level detector and the gas production rate detected by the gas flow meter.
[035] A concentração de COD no fluido, como água residual, determina a quantidade teórica de biogás produzido por volume de fluido. O valor de concentração de COD é específico para cada aplicação, é conhecido para cada aplicação e normalmente não flutua muito.[035] The concentration of COD in the fluid, such as wastewater, determines the theoretical amount of biogas produced per volume of fluid. The COD concentration value is specific to each application, is known for each application and normally does not fluctuate much.
[036] Com base no valor teórico de concentração de COD conhecido, a invenção fornece um mecanismo para ajustar o nível de fluido no reator para um valor específico, um valor inicial, após a inicialização ou energização do reator. De acordo com uma modalidade da invenção, um nível de fluido específico é determinado para o valor de COD. O nível de fluido dentro do tanque pode ser medido por um detector de nível de fluido que pode estar situado no fundo do tanque de reator, e com base nessa medição, uma válvula de fluido conectada ao detector de nível de fluido pode controlar o nível de fluido para alcançar o valor determinado.[036] Based on the known theoretical COD concentration value, the invention provides a mechanism for adjusting the fluid level in the reactor to a specific value, an initial value, after startup or energization of the reactor. According to one embodiment of the invention, a specific fluid level is determined for the COD value. The fluid level within the tank may be measured by a fluid level detector which may be situated at the bottom of the reactor tank, and based on this measurement, a fluid valve connected to the fluid level detector may control the fluid level. fluid to reach the determined value.
[037] De acordo com uma modalidade da invenção, a quantidade absoluta de biogás produzido no sistema pode ser usada para variar o nível de fluido a fim de ajustar o mesmo para um nível adequado que permite uma recirculação de fluido mais eficiente. Um valor inicial do nível de fluido é determinado antecipadamente, e esse nível pode, então, ser automaticamente modificado durante a operação do dispositivo de purificação, com base na taxa de produção de biogás medida.[037] According to one embodiment of the invention, the absolute amount of biogas produced in the system can be used to vary the fluid level in order to adjust it to a suitable level that allows for more efficient fluid recirculation. An initial fluid level value is determined in advance, and this level can then be automatically modified during operation of the purification device, based on the measured biogas production rate.
[038] Os termos “gás” e “biogás” podem ser usados de forma intercambiável ao longo da seguinte descrição.[038] The terms “gas” and “biogas” may be used interchangeably throughout the following description.
[039] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o medidor de fluxo de gás é configurado para medir a taxa de produção de gás no dispositivo de separação de gás e líquido. Em uma modalidade adicional, o medidor de fluxo de gás é configurado para medir a taxa de produção de gás no tanque de reator.[039] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which the gas flow meter is configured to measure the rate of gas production in the gas and liquid separation device. In a further embodiment, the gas flow meter is configured to measure the rate of gas production in the reactor tank.
[040] O gás produzido no dispositivo de purificação alcança o dispositivo de separação de gás e líquido e sai do sistema a partir dali. De acordo com uma modalidade da invenção, o medidor de fluxo de gás é configurado para medir a taxa de produção de gás que sai do dispositivo de separação de gás e líquido, a fim de fornecer uma medição precisa.[040] The gas produced in the purification device reaches the gas and liquid separation device and leaves the system from there. According to one embodiment of the invention, the gas flow meter is configured to measure the rate of gas production exiting the gas liquid separation device in order to provide an accurate measurement.
[041] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que, se a taxa de produção medida de gás é maior que um valor predeterminado, a válvula de fluido é configurada para permitir que o fluido saia do tanque através da saída de fluido, diminuindo assim o nível de fluido no tanque.[041] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which, if the measured gas production rate is greater than a predetermined value, the fluid valve is configured to allow fluid to exit the tank through the gas outlet. fluid, thereby lowering the fluid level in the tank.
[042] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que, se a taxa de produção medida de gás é menor que um valor predeterminado, a válvula de fluido é configurada para permitir que o fluido saia do tanque através da saída de fluido, aumentando assim o nível de fluido no tanque.[042] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which, if the measured gas production rate is less than a predetermined value, the fluid valve is configured to allow fluid to exit the tank through the gas outlet. fluid, thus increasing the fluid level in the tank.
[043] Uma taxa maior de produção de gás tem uma elevação de gás mais forte. Isto significa que mais água pode ser levantada pelo elevador de gás e mais água recircula através do reator. Essa alta circulação pode causar muita turbulência e choques. Para evitar a alta circulação, o nível da água pode ser diminuído. Um nível de água mais baixo significa que mais pressão hidrostática precisa ser superada e menos água é recirculada. À medida que a quantidade menor de água é trazida para o dispositivo de separação de gás e líquido que está situado em um nível de água relativamente maior, comparado ao nível dentro do reator, a mesma tem força gravitacional suficiente para fluir para baixo até o fundo do reator e misturar com água influente dentro da manta de lodo.[043] A higher rate of gas production has a stronger gas lift. This means that more water can be lifted by the gas lift and more water recirculated through the reactor. This high circulation can cause a lot of turbulence and shocks. To avoid high circulation, the water level can be lowered. A lower water level means more hydrostatic pressure has to be overcome and less water is recirculated. As the smaller amount of water is brought into the gas-liquid separation device which is situated at a relatively higher water level compared to the level inside the reactor, it has enough gravitational force to flow downwards to the bottom. of the reactor and mix with influent water inside the sludge blanket.
[044] Uma menor produção de gás, ao contrário, produz uma elevação de gás mais fraca que irá desacelerar e eventualmente parar, tendo o risco de não gerar uma circulação de fluido suficiente. Para evitar isso, é necessário um nível de fluido mais alto de modo a criar um caminho mais curto para o gás e o fluido, usando a elevação de gás quando os mesmos se elevam para cima, permitindo a produção de mais circulação de líquido. A presente invenção, portanto, adapta o mecanismo de purificação às diferentes taxas de produção de gás no dispositivo de purificação, de modo que a circulação do fluido não seja afetada. É possível tolerar uma grande variação na quantidade de gás sem impedir a circulação do fluido.[044] Lower gas production, on the contrary, produces a weaker gas rise that will slow down and eventually stop, with the risk of not generating sufficient fluid circulation. To avoid this, a higher fluid level is needed to create a shorter path for the gas and fluid, using gas lift as they rise upwards, allowing more liquid circulation to be produced. The present invention therefore adapts the purification mechanism to different gas production rates in the purification device so that the circulation of the fluid is not affected. It is possible to tolerate a large variation in the amount of gas without impeding the circulation of the fluid.
[045] Ao permitir que o fluido saia do tanque quando a taxa de produção do gás é maior do que um valor predeterminado, o nível do fluido é reduzido e, portanto, um caminho mais longo é criado para o gás e fluido no sistema de transporte, produzindo menos turbulência devido ao fato de que o fluido rido em gás precisa superar uma pressão hidrostática mais alta.[045] By allowing fluid to exit the tank when the gas production rate is greater than a predetermined value, the fluid level is reduced and therefore a longer path is created for the gas and fluid in the gas system. transport, producing less turbulence due to the fact that the fluid converted into gas must overcome a higher hydrostatic pressure.
[046] Ao não permitir que o fluido saia do tanque quando a taxa de produção de biogás é menor do que um valor predeterminado, o nível do fluido é mantido alto e, portanto, o gás e o fluido têm um caminho mais curto para percorrer no sistema de transporte, pode ser gerada recirculação de fluido suficiente.[046] By not allowing fluid to exit the tank when the biogas production rate is less than a predetermined value, the fluid level is kept high and therefore the gas and fluid have a shorter path to travel in the conveying system, sufficient fluid recirculation can be generated.
[047] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica que compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo de coleta de fluido situado dentro do tanque de reator em uma altura abaixo do nível mínimo de fluido da faixa predeterminada, em que o pelo menos um dispositivo de coleta de fluido é configurado para coletar fluido e para transportar o mesmo para a saída de fluido.[047] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device that further comprises at least one fluid collection device situated within the reactor tank at a height below the minimum fluid level of the predetermined range, wherein the at least one fluid collection device is configured to collect fluid and to convey the same to the fluid outlet.
[048] O dispositivo de coleta de fluido pode conter pelo menos um conduto no qual o fluido na parte superior do tanque de reator flui e é levado para a saída de fluido a partir da qual deixa o sistema.[048] The fluid collection device may contain at least one conduit in which the fluid in the upper part of the reactor tank flows and is taken to the fluid outlet from which it leaves the system.
[049] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o tanque de reator compreende pelo menos dois sistemas de coleta de gás dos quais o pelo menos um sistema de coleta de gás é um sistema de coleta de gás inferior e um sistema de coleta de gás superior está situado abaixo do nível de fluido e acima do sistema de coleta de gás inferior configurado para remover gás do fluido contido no tanque.[049] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the reactor tank comprises at least two gas collection systems of which the at least one gas collection system is a lower gas collection system and a The upper gas collection system is situated below the fluid level and above the lower gas collection system configured to remove gas from the fluid contained in the tank.
[050] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o cano do tipo riser é configurado para elevar fluido contido no tanque de reator por ação de elevação de gás ocasionada pelo gás coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás.[050] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which the riser-type pipe is configured to raise fluid contained in the reactor tank by gas lifting action caused by gas collected in the at least one gas collection system .
[051] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o tubo de alívio é configurado para devolver fluido do dispositivo de separação de gás e líquido para o fundo do tanque de reator.[051] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device in which the relief tube is configured to return fluid from the gas and liquid separation device to the bottom of the reactor tank.
[052] Uma modalidade adicional da invenção fornece um dispositivo de purificação anaeróbica em que o dispositivo de separação de gás e líquido compreende uma saída de gás configurada para permitir que o gás que alcança o dispositivo de separação de gás e líquido saia do sistema.[052] A further embodiment of the invention provides an anaerobic purification device wherein the gas and liquid separation device comprises a gas outlet configured to allow gas reaching the gas and liquid separation device to exit the system.
[053] A invenção fornece adicionalmente um método para a purificação de fluido como água residual por meio do uso do dispositivo de purificação anaeróbica.[053] The invention further provides a method for purifying fluid such as wastewater through the use of the anaerobic purification device.
[054] A presente invenção fornece um aprimoramento no desempenho e eficiência do sistema, devido ao fato de que o nível de fluido é adaptado à quantidade de gás produzido por metro cúbico de fluido a ser purificado, controlando assim a quantidade de fluido de recirculação e evitando ou recirculação muito pequena ou flutuações indesejadas ou transbordamentos na recirculação de fluido.[054] The present invention provides an improvement in the performance and efficiency of the system, due to the fact that the fluid level is adapted to the amount of gas produced per cubic meter of fluid to be purified, thus controlling the amount of recirculation fluid and avoiding either too little recirculation or unwanted fluctuations or overflows in the fluid recirculation.
[055] Nas folhas de desenho anexas,[055] In the attached drawing sheets,
[056] • a figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção,[056] • Figure 1 schematically shows an anaerobic purification device according to an embodiment of the invention,
[057] • a figura 2 mostra esquematicamente um dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção,[057] • Figure 2 schematically shows an anaerobic purification device according to an embodiment of the invention,
[058] • a figura 3 mostra um fluxograma de fluido no dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção,[058] • Figure 3 shows a fluid flowchart in the anaerobic purification device according to an embodiment of the invention,
[059] • a figura 4 mostra a parte superior do tanque de reator do dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da presente invenção,[059] • Figure 4 shows the upper part of the reactor tank of the anaerobic purification device according to an embodiment of the present invention,
[060] A Figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção.[060] Figure 1 schematically shows an anaerobic purification device according to an embodiment of the invention.
[061] O dispositivo de purificação anaeróbica da Figura 1 compreende três partes: um tanque de reator 10, um sistema de transporte 20 e um dispositivo de separação de gás e líquido 30. O tanque de reator compreende uma entrada de fluido 12 através da qual fluido, por exemplo, água residual, a ser purificado, entra no dispositivo de purificação anaeróbica sob condições operacionais. Esse fluido contém material orgânico com um nível específico de COD (carbono orgânico dissolvido medido como demanda de oxigênio químico), em outras palavras, uma quantidade específica de impurezas. O nível de COD do fluido diminui à medida que sobe pelo tanque do reator, uma vez que é convertido em biogás devido à biomassa presente no tanque do reator.[061] The anaerobic purification device of Figure 1 comprises three parts: a reactor tank 10, a transport system 20 and a gas and liquid separation device 30. The reactor tank comprises a fluid inlet 12 through which fluid, for example waste water, to be purified, enters the anaerobic purification device under operating conditions. This fluid contains organic material with a specific level of COD (dissolved organic carbon measured as chemical oxygen demand), in other words, a specific amount of impurities. The COD level of the fluid decreases as it moves up the reactor tank as it is converted into biogas due to the biomass present in the reactor tank.
[062] Durante o funcionamento, o fluido entra no tanque através da entrada de fluido 12, as impurezas dissolvidas no fluido entram em contato com a biomassa presente no tanque e o metano é produzido. No seu caminho para cima, o fluido atravessa uma pluralidade de sistemas de coleta de gás, em que cada um compreende uma pluralidade de coberturas em que o gás é retido. A modalidade da Figura 1 inclui dois sistemas de coleta de gás, mas a invenção não se limita a isso.[062] During operation, the fluid enters the tank through fluid inlet 12, the impurities dissolved in the fluid come into contact with the biomass present in the tank and methane is produced. On its way upward, the fluid passes through a plurality of gas collection systems, each comprising a plurality of covers in which the gas is retained. The embodiment of Figure 1 includes two gas collection systems, but the invention is not limited thereto.
[063] De acordo com uma modalidade da invenção, um sistema de coleta de gás inferior 13 coleta gás contido no fluido que sobe pelo tanque de reator, e o sistema de coleta de gás inferior 13 guia o gás retido para o sistema de transporte 20. Mais especificamente, o sistema de coleta de gás inferior guia o gás para um cano do tipo riser 22 através do qual o gás sobre até alcançar o dispositivo de separação de gás e líquido 30. Esse gás contém fluido e, no dispositivo de separação de gás e líquido 30, o gás e o fluido são separados, em que o gás é liberado através de uma saída de gás 32, e o fluido é trazido de volta para o fundo do tanque de reator através de um tubo de alívio 24. Esse fluido pode, dessa forma, ser reciclado novamente no ciclo de purificação.[063] According to one embodiment of the invention, a lower gas collection system 13 collects gas contained in the fluid rising through the reactor tank, and the lower gas collection system 13 guides the retained gas to the transport system 20 More specifically, the lower gas collection system guides the gas to a riser-type pipe 22 through which the gas rises until it reaches the gas-liquid separation device 30. This gas contains fluid and, in the gas-liquid separation device 30. gas and liquid 30, the gas and fluid are separated, in which the gas is released through a gas outlet 32, and the fluid is brought back to the bottom of the reactor tank through a relief tube 24. This Fluid can thus be recycled back into the purification cycle.
[064] O fluido que sobe através do tanque de reator 10 atinge então um sistema de recolha de gás superior 14 onde o gás que não foi coletado no sistema de coleta de gás inferior 13 é coletado. Aqui, embora não representado nos desenhos, o gás pode ser conduzido, por exemplo, através de um cano adicional para entrar diretamente na saída de gás 32 ou, se o dispositivo de separação de gás e líquido 30 está situado dentro do tanque de reator 10, o gás pode subir para a parte superior do tanque de reator e sair dali através da saída de gás 32. O fluido limpo atinge um nível no tanque de reator 10, em que uma saída de fluido 16 está situada, o que permite que o fluido limpo que subiu pelo tanque saia do dispositivo de purificação anaeróbica. A saída de fluido 16 está situada a uma altura no reator igual a ou abaixo de um nível de fluido permitido mínimo. A uma altura no tanque maior que o local da saída de fluido 16, um canal de transbordamento 18 coleta o fluido limpo que não é coletado pela saída de fluido, e guia o fluido para fora do dispositivo de purificação anaeróbica. O canal de transbordamento está, de preferência, situado a uma altura igual a ou acima de um nível de fluido permitido máximo, como um mecanismo de segurança para evitar que o fluido atinja um nível de fluido maior que o máximo permitido.[064] The fluid rising through the reactor tank 10 then reaches an upper gas collection system 14 where gas that was not collected in the lower gas collection system 13 is collected. Here, although not shown in the drawings, the gas may be led, for example, through an additional pipe to enter directly into the gas outlet 32 or, if the gas liquid separation device 30 is situated within the reactor tank 10 , the gas can rise to the top of the reactor tank and exit there through the gas outlet 32. The clean fluid reaches a level in the reactor tank 10, at which a fluid outlet 16 is situated, which allows the clean fluid that has risen through the tank exits the anaerobic purification device. The fluid outlet 16 is located at a height in the reactor equal to or below a minimum permitted fluid level. At a height in the tank greater than the location of the fluid outlet 16, an overflow channel 18 collects clean fluid that is not collected by the fluid outlet, and guides the fluid out of the anaerobic purification device. The overflow channel is preferably situated at a height equal to or above a maximum allowable fluid level, as a safety mechanism to prevent the fluid from reaching a fluid level greater than the maximum allowable fluid level.
[065] O nível de fluido dentro do tanque de reator pode ser controlado de acordo com uma modalidade da invenção. Um nível diferente de fluido dentro do tanque de reator gera uma cabeça de pressão diferente da coluna de fluido no tubo de alívio. Se a quantidade de gás produzida no sistema é medida, o nível do fluido pode ser adaptado a esse nível medido e, portanto, o fluido pode circular sem impedimentos, independentemente de haver mais ou menos gás no sistema.[065] The fluid level inside the reactor tank can be controlled according to an embodiment of the invention. A different level of fluid within the reactor tank generates a different pressure head of the fluid column in the relief tube. If the amount of gas produced in the system is measured, the fluid level can be adapted to this measured level and therefore the fluid can circulate unhindered, regardless of whether there is more or less gas in the system.
[066] No topo do reator, um fluxo silencioso é necessário, mas no fundo do reator, é necessária uma boa mistura de fluido e lama. Como a maior parte do gás é coletada no sistema de coleta de gás inferior 13, a quantidade de gás que continua subindo pelo reator é pequena. Isso é, então, coletado pelo sistema de coleta de gás superior 14 e, portanto, o fluxo silencioso na parte superior do reator é assim alcançado. De modo a conseguir uma boa mistura de fluido e lodo no fundo do reator, a energia obtida a partir do fluido de elevação de gás no cano do tipo riser 22 pode ser usada. O fluido suspenso é separado do gás no dispositivo de separação de gás e líquido 30 e, com o uso da pressão de gravidade hidráulica, é retornado para o fundo do reator através do tubo de alívio 24.[066] At the top of the reactor, a quiet flow is needed, but at the bottom of the reactor, a good mixture of fluid and mud is needed. Since most of the gas is collected in the lower gas collection system 13, the amount of gas that continues to rise through the reactor is small. This is then collected by the upper gas collection system 14 and therefore silent flow in the upper part of the reactor is thus achieved. In order to achieve good mixing of fluid and sludge at the bottom of the reactor, the energy obtained from the gas lifting fluid in the riser-type pipe 22 can be used. The suspended fluid is separated from the gas in the gas liquid separation device 30 and, using hydraulic gravity pressure, is returned to the bottom of the reactor through the relief tube 24.
[067] Como o gás eleva o fluido bem acima do nível de fluido a fim de colocar o mesmo no dispositivo de separação de gás e líquido 30, a coluna de fluido no tubo de alívio 24 gera um potente fluxo que permite mistura extra no fundo do reator. Desta forma, a tranquilidade é alcançada no topo do reator e uma mistura energética é alcançada no fundo.[067] As the gas lifts the fluid well above the fluid level in order to place it in the gas and liquid separation device 30, the column of fluid in the relief tube 24 generates a powerful flow that allows extra mixing at the bottom of the reactor. In this way, tranquility is achieved at the top of the reactor and an energetic mix is achieved at the bottom.
[068] Entretanto, a taxa de produção de gás é diferente para aplicações diferentes. Uma taxa de produção de gás dentro do dispositivo de purificação pode ser medida, e o nível de fluido no tanque pode ser variado em conformidade, a fim de alcançar o fluxo silencioso no topo do tanque e a mistura energética no fundo independentemente da quantidade de gás produzida. Quanto maior a taxa de produção de gás, mais forte é a elevação de gás gerada, e mais poderoso é o fluxo de fluido que desce pelo tubo de alívio 24. Se a taxa de produção de gás medida for maior do que um valor específico, o nível do fluido pode ser diminuído, permitindo que o fluido da parte superior do tanque saia pela saída de fluido 16. Uma maior resistência gravitacional para o gás e fluido no sistema de transporte é gerada, devido ao fato de que o gás e o fluido no tubo do tipo riser 22 têm que superar uma pressão hidrostática mais alta e, portanto, um fluxo muito intenso é evitado. Por outro lado, se a taxa de produção de biogás medida no sistema de transporte é menor que um valor específico, o nível de fluido pode ser aumentado, deixando o fluido normalmente através da entrada de fluido 12 e não permitindo que o fluido da parte superior do tanque saia pela saída de fluido 16. O nível de fluido superior significa que menos resistência gravitacional para o gás e o fluido no sistema de transporte é gerada e, portanto, é alcançada circulação de fluido suficiente. O processo de controle do nível de fluido será explicado em detalhes com referência às figuras subsequentes. Dessa forma, o nível do fluido é adaptado à quantidade de biogás gerada no sistema, evitando-se uma situação na qual o excesso de gás no sistema provoca flutuações quando o nível do fluido é alto ou quando há muito pouco gás no sistema provoca impulso insuficiente e a circulação de fluidos não pode ocorrer sem problemas.[068] However, the gas production rate is different for different applications. A gas production rate within the purification device can be measured, and the fluid level in the tank can be varied accordingly, in order to achieve silent flow at the top of the tank and energetic mixing at the bottom regardless of the amount of gas. produced. The higher the gas production rate, the stronger the gas lift generated, and the more powerful the fluid flow down the relief tube 24. If the measured gas production rate is greater than a specific value, the fluid level can be lowered, allowing fluid from the top of the tank to exit through fluid outlet 16. Greater gravitational resistance to the gas and fluid in the transport system is generated, due to the fact that the gas and fluid in the riser-type pipe 22 they have to overcome a higher hydrostatic pressure and therefore a very intense flow is avoided. On the other hand, if the biogas production rate measured in the transport system is less than a specific value, the fluid level can be increased by letting the fluid normally through the fluid inlet 12 and not allowing the fluid from the upper part from the tank exits through fluid outlet 16. The higher fluid level means that less gravitational resistance for the gas and fluid in the transport system is generated and therefore sufficient fluid circulation is achieved. The fluid level control process will be explained in detail with reference to the subsequent figures. In this way, the fluid level is adapted to the amount of biogas generated in the system, avoiding a situation in which excess gas in the system causes fluctuations when the fluid level is high or when there is too little gas in the system causes insufficient thrust. and the circulation of fluids cannot occur without problems.
[069] Embora a mudança no nível do fluido seja baseada na taxa de produção de biogás medida, se a resistência na manta de lodo for muito alta e o fluido de recirculação não fluir mais para baixo, o nível de água no reator também pode ser diminuído. Desse modo, a cabeça hidrostática é aumentada de modo que, embora menos fluido seja recirculado, o fluido de recirculação tem uma cabeça hidrostática suficiente para superar a resistência na manta de lodo.[069] Although the change in fluid level is based on the measured biogas production rate, if the resistance in the sludge blanket is too high and the recirculating fluid does not flow further downward, the water level in the reactor may also be decreased. In this way, the hydrostatic head is increased so that although less fluid is recirculated, the recirculating fluid has sufficient hydrostatic head to overcome the resistance in the sludge blanket.
[070] De acordo com modalidades da invenção, o tanque de reator pode ser um espaço fechado e o dispositivo de separação de gás e líquido também pode ser coberto no espaço fechado.[070] According to embodiments of the invention, the reactor tank can be a closed space and the gas and liquid separation device can also be covered in the closed space.
[071] A figura 2 mostra esquematicamente um dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção.[071] Figure 2 schematically shows an anaerobic purification device according to an embodiment of the invention.
[072] Na Figura 2, é mostrada uma modalidade da presente invenção na qual o nível de fluido 19 está em um valor máximo dentro da faixa predeterminada, definindo uma altura mínima H3. Essa altura mínima H3 gera uma cabeça de pressão mínima no tubo de alívio 22 e, portanto, é apropriada para baixas taxas de produção de gás, em que o gás e o fluido podem ser levantados por um curto caminho e, portanto, podem alcançar o dispositivo de separação de gás e líquido com energia suficiente para permitir que o fluido vá para o compartimento de fundo. Esse nível de fluido 19 é, portanto, desejado para aplicações em que uma pequena quantidade de gás é gerada. Por outro lado, a Figura 1 mostra um nível de fluido 19 que está em um valor mínimo dentro da faixa predeterminada, definindo uma altura máxima H3. Essa altura máxima H3 gera uma resistência gravitacional máxima para a mistura de água e gás a ser levantada para o dispositivo de separação de gás e líquido 30 e, portanto, é apropriada para altas taxas de produção de gás em que o gás e fluido têm energia suficiente, devido ao fato de que, portanto, um caminho mais longo permite que a mistura de gás e fluido chegue no dispositivo de separação de gás e líquido sem flutuações indesejadas. Esse nível de fluido 19 é desejado para aplicações em que grandes quantidades de gás são geradas.[072] In Figure 2, an embodiment of the present invention is shown in which the fluid level 19 is at a maximum value within the predetermined range, defining a minimum height H3. This minimum height H3 generates a minimum pressure head in the relief tube 22 and is therefore suitable for low gas production rates where the gas and fluid can be lifted a short way and can therefore reach the gas and liquid separation device with sufficient energy to allow the fluid to go to the bottom compartment. This fluid level 19 is therefore desired for applications where a small amount of gas is generated. On the other hand, Figure 1 shows a fluid level 19 that is at a minimum value within the predetermined range, defining a maximum height H3. This maximum height H3 generates a maximum gravitational resistance for the gas-water mixture to be lifted into the gas-liquid separation device 30 and is therefore suitable for high rates of gas production in which the gas and fluid have high energy. sufficient, due to the fact that therefore a longer path allows the gas and fluid mixture to reach the gas and liquid separation device without unwanted fluctuations. This fluid level 19 is desired for applications where large quantities of gas are generated.
[073] A Figura 3 mostra um fluxograma de fluido no dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da invenção.[073] Figure 3 shows a fluid flowchart in the anaerobic purification device according to an embodiment of the invention.
[074] De acordo com uma modalidade da invenção, fluido como água residual entra no tanque através da entrada de fluido 12. O fluido ascende pelo tanque e alcança o sistema de coleta de gás inferior 13. Nesse sistema de coleta de gás inferior, o gás é separado do fluido e retido, e o fluido pode continuar ascendendo através do tanque e alcançar o sistema de coleta de gás superior 14. Aqui, o gás restante é retido, e o fluido limpo é levantado e sai do tanque através de uma saída de fluido 16 situada na parte superior do tanque 10. Se a velocidade na qual o nível de fluido 19 aumenta é maior que a velocidade na qual o fluido pode sair do dispositivo pela saída de fluido 16, o fluido que não tem a capacidade de sair do dispositivo pela saída de fluido pode ser coletado por um canal de transbordamento do tipo calha 18 situado no ponto mais alto no tanque 10 que atua como uma segurança para evitar que o fluido dentro do reator alcance um nível acima de um máximo.[074] According to one embodiment of the invention, fluid such as waste water enters the tank through the fluid inlet 12. The fluid ascends through the tank and reaches the lower gas collection system 13. In this lower gas collection system, the gas is separated from the fluid and retained, and the fluid can continue to rise through the tank and reach the upper gas collection system 14. Here, the remaining gas is retained, and the clean fluid is lifted and exits the tank through an outlet. of fluid 16 located in the upper part of the tank 10. If the speed at which the fluid level 19 increases is greater than the speed at which the fluid can exit the device through the fluid outlet 16, the fluid that does not have the ability to exit of the device through the fluid outlet can be collected by a trough-type overflow channel 18 situated at the highest point in the tank 10 which acts as a safety to prevent the fluid within the reactor from reaching a level above a maximum.
[075] O gás retido no sistema de coleta de gás inferior 13, incluindo partículas de fluido, é levantado através do cano do tipo riser 22 até alcançar o dispositivo de separação de gás e líquido 30. Aqui, o gás e o fluido são separados e o gás pode sair do sistema através de uma saída de gás 32, enquanto o fluido pode fluir para o fundo do reator através do tubo de alívio 24 a fim de ser reciclado e continuar a ser usado no processo de purificação. O gás retido no sistema de coleta de gás superior 14 pode ser levado a entrar diretamente na saída de gás 32 ou pode levantar para alcançar um espaço livre de gás situado na parte superior do reator se o dispositivo de separação de gás e líquido estiver confinado dentro do tanque de reator, e sair dali através da saída de gás 32.[075] The gas trapped in the lower gas collection system 13, including fluid particles, is lifted through the riser-type pipe 22 until it reaches the gas and liquid separation device 30. Here, the gas and fluid are separated and the gas can exit the system through a gas outlet 32, while the fluid can flow to the bottom of the reactor through the relief tube 24 in order to be recycled and continue to be used in the purification process. The gas trapped in the upper gas collection system 14 may be drawn directly into the gas outlet 32 or may rise to reach a gas-free space situated at the top of the reactor if the gas-liquid separation device is confined within. from the reactor tank, and exit from there through gas outlet 32.
[076] De acordo com uma modalidade da invenção, é determinado um nível de fluido inicial 19. Dependendo do tipo de aplicação para a qual o fluido precisa ser purificado, o fluido que entra no dispositivo de purificação pode conter uma diferente concentração de COD. A concentração de COD no fluido que entra no reator determina a quantidade de biogás que será gerada no sistema por volume de fluido. Mediante a inicialização ou ajuste do dispositivo de purificação para uma aplicação específica, o nível de fluido 19 no reator pode ser ajustado para um valor específico com base no valor de concentração de teórico. Um detector de nível de fluido 17 pode medir o nível de fluido 19 dentro do tanque e, com base nessa medição, uma válvula de fluido 15 conectada ao detector de nível de fluido 17 pode controlar o nível de fluido a ser ajustado para o valor específico. O detector de nível de fluido 17 pode realizar a medição de nível de fluido no fundo do reator 10. Entretanto, o detector de nível de fluido 17 também pode ser disposto em outro local. Em uma modalidade, o detector de nível de fluido compreende um sensor de pressão.[076] According to one embodiment of the invention, an initial fluid level 19 is determined. Depending on the type of application for which the fluid needs to be purified, the fluid entering the purification device may contain a different concentration of COD. The COD concentration in the fluid entering the reactor determines the amount of biogas that will be generated in the system per volume of fluid. Upon initialization or adjustment of the purification device for a specific application, the fluid level 19 in the reactor can be adjusted to a specific value based on the theoretical concentration value. A fluid level detector 17 can measure the fluid level 19 within the tank, and based on this measurement, a fluid valve 15 connected to the fluid level detector 17 can control the fluid level to be adjusted to the specific value. . The fluid level detector 17 can perform fluid level measurement at the bottom of the reactor 10. However, the fluid level detector 17 can also be arranged in another location. In one embodiment, the fluid level detector comprises a pressure sensor.
[077] Entretanto, embora o valor de concentração de COD real normalmente não oscile muito do valor teórico, o mesmo pode variar ligeiramente, e o nível de fluido 19 também pode ser variado em conformidade, a fim de alcançar um processo de recirculação mais eficiente. A quantidade absoluta de biogás produzida no sistema pode ser usada para variar o nível de fluido 19. De acordo com uma modalidade da invenção, um medidor de fluxo de gás 33 conectado ao detector de nível de fluido 17 pode medir a taxa de produção de biogás no sistema. Com base na taxa de produção de biogás no sistema, uma unidade de controle ou processamento conectada ao detector de nível de fluido, o medidor de fluxo de gás e a válvula de fluido 15 podem determinar se é necessário aumentar ou reduzir o nível de fluido 19 dentro do tanque de reator, e podem, consequentemente, ativar a válvula de fluido 15 para controlar o nível de fluido em conformidade.[077] However, although the actual COD concentration value normally does not fluctuate much from the theoretical value, it may vary slightly, and the fluid level 19 may also be varied accordingly, in order to achieve a more efficient recirculation process. . The absolute amount of biogas produced in the system can be used to vary the fluid level 19. According to one embodiment of the invention, a gas flow meter 33 connected to the fluid level detector 17 can measure the rate of biogas production. in the system. Based on the rate of biogas production in the system, a control or processing unit connected to the fluid level detector, the gas flow meter, and the fluid valve 15 can determine whether it is necessary to increase or reduce the fluid level 19 within the reactor tank, and may consequently activate the fluid valve 15 to control the fluid level accordingly.
[078] Portanto, a invenção fornece um mecanismo por meio do qual um nível de fluido inicial 19 é determinado antecipadamente e um ajuste fino pode continuamente ser fornecido por meio da variação do nível de fluido dependendo da concentração de COD no fluido.[078] Therefore, the invention provides a mechanism whereby an initial fluid level 19 is determined in advance and fine adjustment can be continuously provided by varying the fluid level depending on the concentration of COD in the fluid.
[079] A taxa de produção de gás determina o nível de fluido 19 dentro do reator 10. O nível de fluido ideal para uma taxa de produção específica de gás pode ser calculado antecipadamente e armazenado em uma unidade de processamento ou de controle conectada a ou que faz parte do dispositivo de purificação, conectada à válvula de fluido 15, ao detector de nível de fluido 17 e ao medidor de fluxo de gás 33. Se a quantidade de gás gerada for menor do que um nível específico, o nível de fluido 19 pode ser aumentado de modo que o caminho para a mistura de gás e fluido seja curto o suficiente para gerar energia suficiente para a circulação do fluido. Isso pode ser realizado fechando a válvula 15 e não permitindo que o fluido saia do tanque através da saída de fluido 16, de modo que o nível de fluido 19 suba com o fluido que normalmente entra no reator através da entrada de fluido 12.[079] The gas production rate determines the fluid level 19 within the reactor 10. The ideal fluid level for a specific gas production rate can be calculated in advance and stored in a processing or control unit connected to or which is part of the purification device, connected to the fluid valve 15, the fluid level detector 17 and the gas flow meter 33. If the amount of gas generated is less than a specific level, the fluid level 19 it can be lengthened so that the path for the gas and fluid mixture is short enough to generate enough energy for the fluid to circulate. This can be accomplished by closing valve 15 and not allowing fluid to exit the tank through fluid outlet 16, so that the fluid level 19 rises with the fluid that normally enters the reactor through fluid inlet 12.
[080] Por outro lado, se a quantidade de gás for maior do que um valor específico, então é permitido que o nível de fluido 19 diminua, de modo que o caminho para a mistura de gás e fluido seja longo o suficiente para que a mistura energética chegue ao dispositivo de separação de gás e líquido sem flutuações indesejadas. A válvula de fluido 15 regula a quantidade de fluido que é permitida sair do tanque através da saída de fluido 16. O nível de fluido de acordo com a invenção pode ser variado dentro de uma faixa predeterminada que assegura, mesmo nas situações extremas de um nível máximo ou mínimo de fluido, que o fluido tenha energia o suficiente para recirculação. Por meio da adaptação do nível de fluido à quantidade de gás gerada no sistema, o fluxo de fluido no circuito de reciclagem é mantido sem ser afetado, e são evitadas flutuações ou energia insuficiente, devido ao fato de que o nível de fluido está constantemente sendo adaptado à taxa de produção de gás.[080] On the other hand, if the amount of gas is greater than a specific value, then the fluid level 19 is allowed to decrease, so that the path for the mixture of gas and fluid is long enough for the energetic mixture reaches the gas and liquid separation device without unwanted fluctuations. The fluid valve 15 regulates the amount of fluid that is allowed to exit the tank through the fluid outlet 16. The fluid level according to the invention can be varied within a predetermined range which ensures, even in extreme situations, a level maximum or minimum of fluid, that the fluid has enough energy for recirculation. By adapting the fluid level to the amount of gas generated in the system, the fluid flow in the recycling circuit is maintained unaffected, and fluctuations or insufficient energy are avoided due to the fact that the fluid level is constantly being adapted to the gas production rate.
[081] O medidor de fluxo de gás 33 da Figura 3 está situado na parte superior do dispositivo de purificação, a fim de medir a quantidade de gás que sai do sistema através da saída de gás 32 do dispositivo de separação de gás e líquido. No entanto, deve notar-se que a invenção não está limitada a este local e que outros locais também são aplicáveis.[081] The gas flow meter 33 of Figure 3 is located in the upper part of the purification device, in order to measure the amount of gas leaving the system through the gas outlet 32 of the gas and liquid separation device. However, it should be noted that the invention is not limited to this location and that other locations are also applicable.
[082] A Figura 4 mostra a parte superior do tanque de reator do dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma modalidade da presente invenção.[082] Figure 4 shows the upper part of the reactor tank of the anaerobic purification device according to an embodiment of the present invention.
[083] Quando o nível de fluido 19 no tanque pode ser reduzido, a fim de que o fluido na seção superior do tanque 10 saia do tanque através da saída de fluido 16, o fluido na seção superior do tanque é coletado por pelo menos um dispositivo de coleta de fluido 11. Esse dispositivo de coleta de fluido pode compreender pelo menos um conduto no qual o fluido na parte superior do tanque 10 flui. Em uma modalidade da invenção, é usada uma pluralidade de condutos, mas a invenção não se limita a isso. De acordo com uma modalidade da invenção, são usados entre dois e dez condutos, de preferência entre quatro e seis.[083] When the fluid level 19 in the tank can be reduced so that the fluid in the upper section of the tank 10 leaves the tank through the fluid outlet 16, the fluid in the upper section of the tank is collected by at least one fluid collection device 11. This fluid collection device may comprise at least one conduit into which the fluid in the upper part of the tank 10 flows. In one embodiment of the invention, a plurality of conduits are used, but the invention is not limited thereto. According to one embodiment of the invention, between two and ten conduits, preferably between four and six, are used.
[084] O dispositivo de coleta de fluido 11 está situado a uma altura no tanque de reator 10 acima do sistema de coleta de gás superior 14, e abaixo do nível mínimo de fluido 19, de modo que o fluido possa sempre fluir naturalmente para o dispositivo de coleta de fluido a fim de sair do reator através da saída de fluido 16.[084] The fluid collection device 11 is situated at a height in the reactor tank 10 above the upper gas collection system 14, and below the minimum fluid level 19, so that the fluid can always flow naturally into the fluid collection device in order to exit the reactor through fluid outlet 16.
[085] O dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com modalidades da presente invenção permite um ajuste fino dos parâmetros de sistema por meio da adaptação do nível de fluido 19, entre uma faixa predeterminada definida por ΔH, à quantidade de gás gerada no sistema, enquanto um ajuste grosso dos parâmetros de sistema pode ser alcançado pela seleção de parâmetros específicos durante a fabricação do dispositivo de purificação anaeróbica, ou durante a inicialização do dispositivo de purificação anaeróbica.[085] The anaerobic purification device according to embodiments of the present invention allows fine adjustment of system parameters by adapting the fluid level 19, between a predetermined range defined by ΔH, to the amount of gas generated in the system, while coarse tuning of system parameters can be achieved by selecting specific parameters during fabrication of the anaerobic purification device, or during startup of the anaerobic purification device.
[086] Na descrição anterior das Figuras, a invenção foi descrita com referência a modalidades específicas da mesma. Será, no entanto, evidente que podem ser feitas várias modificações e alterações sem sair do escopo da invenção, conforme resumido nas reivindicações anexas.[086] In the previous description of the Figures, the invention was described with reference to specific embodiments thereof. It will, however, be evident that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the invention, as summarized in the appended claims.
[087] Em particular, podem ser realizadas combinações de recursos específicos de vários aspectos da invenção. Um aspecto da invenção pode ainda ser melhorado, de um modo vantajoso, adicionando um recurso que foi descrito em relação a um outro aspecto da invenção.[087] In particular, combinations of specific features of various aspects of the invention can be realized. An aspect of the invention can further be advantageously improved by adding a feature that has been described in relation to another aspect of the invention.
[088] Deve ser entendido que a invenção é limitada pelas reivindicações anexas e seus equivalentes técnicos apenas. Neste documento e nas suas reivindicações, o verbo "compreender" e as suas conjugações são usadas no seu sentido não limitativo para significar que os itens que seguem a palavra estão incluídos, sem excluir itens não especificamente mencionados. Além disso, a referência a um elemento pelo artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui a possibilidade que mais de um do elemento esteja presente, a menos que o contexto evidentemente exija que haja apenas um dos elementos. O artigo indefinido "um" ou "uma" dessa forma geralmente significa "pelo menos um (ou uma)".[088] It should be understood that the invention is limited by the attached claims and their technical equivalents only. In this document and its claims, the verb "understand" and its conjugations are used in its non-limiting sense to mean that items following the word are included, without excluding items not specifically mentioned. Furthermore, reference to an element by the indefinite article "a" or "an" does not exclude the possibility that more than one of the element is present, unless the context evidently requires that there be only one of the elements. The indefinite article "a" or "an" in this form generally means "at least one (or an)".
[089] Números de referência similares que foram usados na descrição para indicar elementos similares (mas diferindo apenas nas centenas) foram omitidos da lista abaixo, mas devem ser considerados implicitamente incluídos. 10 Tanque de reator 11 Dispositivo de coleta de fluido 12 Entrada de fluido 13 Sistema de coleta de gás inferior 14 Sistema de coleta de gás superior 15 Válvula de fluido 16 Saída de fluido 17 Detector de nível de fluido 18 Canal de transbordamento 19 Nível de fluido 20 Sistema de transporte 21 Entrada de cano do tipo riser 22 Cano do tipo riser 24 Tubo de alívio 25 Descarga de cano de alívio 30 Dispositivo de separação de gás e líquido 31 Descarga de cano do tipo riser 32 Saída de gás 33 Medidor de fluxo de gás 35 Entrada de cano de alívio H1 Altura máxima de coluna de fluido H2 Altura mínima de coluna de fluido H3 Altura de coluna de água ΔH Faixa predeterminada de variação de nível de água[089] Similar reference numbers that were used in the description to indicate similar elements (but differing only in the hundreds) have been omitted from the list below, but should be considered implicitly included. 10 Reactor tank 11 Fluid collection device 12 Fluid inlet 13 Lower gas collection system 14 Upper gas collection system 15 Fluid valve 16 Fluid outlet 17 Fluid level detector 18 Overflow channel 19 Fluid level 20 Conveying system 21 Riser-type pipe inlet 22 Riser-type pipe 24 Relief pipe 25 Relief pipe discharge 30 Gas and liquid separation device 31 Riser-type pipe discharge 32 Gas outlet 33 Flow meter gas 35 Relief pipe inlet H1 Maximum fluid column height H2 Minimum fluid column height H3 Water column height ΔH Predetermined range of water level variation
Claims (10)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16187119.9A EP3290395A1 (en) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | Anaerobic purification device with variable water column |
| EP16187119.9 | 2016-09-02 | ||
| PCT/EP2017/072119 WO2018042037A1 (en) | 2016-09-02 | 2017-09-04 | Anaerobic purification device with variable water column |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112019004159A2 BR112019004159A2 (en) | 2019-05-28 |
| BR112019004159B1 true BR112019004159B1 (en) | 2023-07-11 |
Family
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