BR112019012665A2 - tratamento de um filtrado a partir de um biorreator de membrana anaeróbico usando osmose reversa ou nanofiltração - Google Patents

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reverse osmosis
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Abstract

a invenção se refere a um método para o tratamento de um filtrado (1a-1c) a partir de um biorreator de membrana anaeróbico (2), compreendendo reduzir o ph do filtrado (1a) a partir do biorreator de membrana anaeróbico e submeter o filtrado tendo o ph reduzido a um tratamento de osmose reversa ou um tratamento de nanofiltração (3), formando um permeado de osmose reversa ou um permeado de nanofiltração (4) e um concentrado de osmose reversa ou um concentrado de nanofiltração (5) enquanto mantém o filtrado (1a-1c) a partir do biorreator de membrana anaeróbico (2) essencialmente anaeróbico. a invenção se refere adicionalmente a uma instalação adequada para realizar um método de acordo com a invenção e a um processo para obter água purificada e/ou nutrientes para plantas ou animais.

Description

TRATAMENTO DE UM FILTRADO A PARTIR DE UM BIORREATOR DE MEMBRANA ANAERÓBICO USANDO OSMOSE REVERSA OU NANOFILTRAÇÃO [0001] A invenção se refere a um método para o tratamento de um filtrado a partir de um biorreator de membrana anaeróbico (AnMBR). A invenção se refere adicionalmente a uma instalação, compreendendo um digestor, uma unidade de filtração de membrana e uma unidade de osmose reversa ou uma unidade de nanofiltração para tratar uma corrente residual aquosa de fluido compreendendo uma substância orgânica biodegradável.
[0002] O tratamento biológico de correntes residuais usa biomassa ativa (microrganismos) para degradar poluentes biodegradáveis (substâncias orgânicas biodegradáveis) na corrente residual, por exemplo, uma corrente de água residual.
[0003] Para o assim chamado tratamento anaeróbico (sem oxigênio) um consórcio de microrganismos anaeróbicos, que em geral são conhecidos na técnica, converte poluentes em um biorreator substancialmente para metano e dióxido de carbono, que vai formar biogás. Sob condições anaeróbicas, a biomassa de produção em geral é relativamente baixa, já
que tipicamente apenas uma pequena parte da substância
biodegradável no resíduo é usada para o crescimento de
biomassa.
[0004] De maneira adequada, a conversão de
substâncias orgânicas biodegradáveis é realizada em um biorreator contendo uma suspensão aquosa (licor misturado) compreendendo biomassa, compostos não reagidos a partir da corrente residual e produtos de reação inorgânicos.
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[0005] Tal ] biomassa, sólidos não reagidos e
produtos de reação inorgânicos particulados podem ser
separados a partir do fluido retirado a partir do
biorreator por filtração, por exemplo, através da filtração por membrana. Membranas podem ser usadas em combinação com tratamento anaeróbico biológico de correntes residuais para aprimorar a qualidade do efluente a partir do processo de tratamento de água residual, evitar a lavagem de biomassa, reduzir a pegada da planta e aumentar a carga orgânica, Reatores biológicos acoplados com uma unidade de separação por membrana comumente são referidos como biorreatores de membrana (MBRs'). Tais sistemas em que o microrganismo opera sob condições essencialmente anaeróbicas são chamados de biorreator de membrana anaeróbicos (AnMBR's). Na unidade de filtração de membrana um retentado, com alto teor de sólidos, e um filtrado (permeado) a partir do biorreator de membrana anaeróbico é formado, que tem baixo teor de sólidos. 0 dito filtrado em geral contém inorgânicos dissolvidos (tais como cátions inorgânicos, como cálcio, magnésio, amônio; ânions inorgânicos, como fosfato, carbonato; dióxido de carbono) e comumente também contém orgânicos dissolvidos residuais. Para remover estes, um tratamento posterior a jusante é realizado, que tipicamente compreende processos de tratamento aeróbicos.
[0006] Em particular, existe um desejo por metodologia alternativa para a purificação adicional de um filtrado a partir do filtro de membrana de um AnMBR, em particular metodologia em que a tendência de incrustação e/ou entupimento é reduzida, em que a capacidade de
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3/26 tratamento de um filtrado (volume do filtrado que pode ser tratado por período de tempo, por exemplo, por ano) a partir de um AnMBR é aprimorado.
[0007] É um objetivo da presente invenção prover tal método ou instalação alternativos, em particular um método ou instalação que oferece qualquer uma das vantagens mencionadas aqui.
[0008] Os inventores perceberam que isto é alcançado através de um uso de um tipo específico de unidade de tratamento para a remoção de substâncias dissolvidas no filtrado a partir do AnMBR, em combinação com várias medidas específicas.
[0009] De maneira apropriada, a invenção se refere a um método para o tratamento de um filtrado (la-lc) a partir de um biorreator de membrana anaeróbico (2), compreendendo reduzir o pH do filtrado (la) a partir do biorreator de membrana anaeróbico e submeter o filtrado tendo o pH reduzido a um tratamento de osmose reversa ou um tratamento de nanofiltração (3), formando um permeado de osmose
reversa ou um permeado de nanofiltração (4) e um
concentrado de osmose reversa ou um concentrado de
nanofiltração (5)
enquanto mantém o filtrado (la-lc) a partir do
biorreator de membrana anaeróbico (2) essencialmente anaeróbico.
[00010] A invenção se refere adicionalmente a uma instalação adequada para realizar um método de acordo com a invenção. Tal instalação compreende um biorreator de
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4/26 membrana anaeróbico (2), compreendendo um digestor (9) e uma unidade de filtração de membrana (11) em que uma saída de filtrado é conectada com uma unidade de osmose reversa ou uma unidade de nanofiltração (3) através de uma unidade de mistura (8) para introduzir um ácido, em particular dióxido de carbono para o filtrado a partir da unidade de filtração de membrana (11), a unidade de osmose reversa ou nanofiltração a qual possui um permeado de osmose reversa ou uma saída de permeado de nanofiltração (28) e um concentrado de osmose reversa ou uma saída de concentrado de nanofiltração (29) . Adicionalmente, (em uma modalidade em que a unidade de mistura é uma unidade de mistura para introduzir dióxido de carbono produzido na instalação para o filtrado) a instalação tipicamente compreende pelo menos um dos seguintes:
- uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (7) para recuperar dióxido de carbono a partir do dito permeado, tendo uma entrada (33) conectada com a dita saída de permeado, a unidade de recuperação de dióxido de carbono
a qual possui adicionalmente uma saída para um líquido
(35), em particular água, a partir da qual dióxido de
carbono foi recuperado e uma saída (34) para dióxido de
carbono recuperado, a saída i (34) a qual para dióxido de
carbono recuperado é conectada com a entrada (25a) da
unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono para a unidade de mistura (8));
- uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (6) para recuperar dióxido de carbono a partir do dito concentrado, tendo uma entrada (30) conectada com a dita
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saída de concentrado (29), a unidade de recuperação de
dióxido de carbono a qual (6) possui adicionalmente uma
saída de concentrado (32) para o concentrado a partir do
qual dióxido de carbono foi recuperado e uma saída (31) para dióxido de carbono recuperado, a saída para dióxido de carbono recuperado a qual é conectada com a entrada (25b) da unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono para a unidade de mistura (8));
- uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (40) para recuperar dióxido de carbono a partir do biogás produzido no digestor (9), a unidade de recuperação de dióxido de carbono a qual (40) possui uma entrada (39) para introduzir o biogás, uma saída (41) para biogás a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado e uma saída (42) para dióxido de carbono recuperado, a saída (42) para biogás recuperado a qual é conectada com a entrada (25c) da unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono na unidade de mistura (8);
a instalação a qual está configurada para manter condições essencialmente anaeróbicas no digestor, unidade de filtração de membrana e a unidade de osmose reversa ou a unidade de nanofiltração.
[00011] Uma instalação ou método de acordo com a invenção é particularmente adequado para produzir água purificada e/ou nutrientes. De maneira apropriada, a invenção se refere adicionalmente a um processo para obter água purificada e/ou nutrientes para plantas ou animais, compreendendo o tratamento de uma corrente residual aquosa compreendendo uma substância orgânica biodegradável e
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6/26 matéria inorgânica em uma instalação de acordo com a invenção ou compreendendo o tratamento de uma corrente residual aquosa em um reator de membrana anaeróbico a partir do qual um filtrado é obtido e o filtrado o qual é tratado em um método de acordo com a invenção.
[00012] Osmose reversa (RO) e nanofiltração (NF) , quando usadas convencionalmente, são vulneráveis à incrustação ou ao entupimento.
[00013] Poros nas membranas semipermeáveis usadas em osmose reversa ou nanofiltração são pequenos, fazendo uma quantidade relativamente pequena de entupimento (orgânicos) ou incrustação (inorgânicos) já um problema substancial.
[00014] Esta é uma razão pela qual osmose reversa ou nanofiltração não são escolhas óbvias para o tratamento de um filtrado de AnMBR. Sistemas de AnMBR tendem a gerar um filtrado ainda com um conteúdo de substância orgânica relativamente alto (tipicamente até cerca de 100 mg de COD/1). Ainda, as substâncias presentes em um filtrado de AnMBR podem complicar o tratamento adicional do filtrado de AnMBR com um osmose reversa ou nanofiltração, já que eles podem atuar como nutrientes para os microrganismos crescerem e causar a incrustação orgânica na unidade de osmose reversa ou nanofiltração se osmose reversa ou nanofiltração podem ser usados para tratar o filtrado a partir de AnMBR.
[00015] Adicionalmente, em particular, ions inorgânicos podem precipitar na unidade de RO ou UF, formando, por exemplo, um carbonato (CaCO3) ou estruvita (MgNH4PO4.6H2O) . Isto pode causar incrustações. Isso pode
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7/26 ser mais proeminente devido às alterações na composição das correntes de fluido que alimentam a unidade de osmose reversa ou nanofiltração que pode contribuir para o entupimento dos poros na osmose reversa ou nanofiltração; no processo de osmose reversa parte do dióxido de carbono vai permanecer no retentado e uma parte vai passar através da membrana de osmose reversa ou nanofiltração para o permeado de osmose reversa ou nanofiltração. Aqui um aumento no pH pode ocorrer. Os inventores perceberam que um pH muito alto causa a precipitação de sais inorgânicos, tais como estruvita (em cerca de pH 7,5 ou mais), fosfato de cálcio ou carbonato de cálcio. Um pH de cerca de 7,5 também é um pH em que muitos microrganismos podem crescer bem e assim a incrustação orgânica das membranas de osmose reversa ou nanofiltração pode ocorrer.
[00016] Os inventores perceberam que é possível manter o pH em um valor vantajosamente baixo através da redução do pH do filtrado a ser alimentado para a osmose reversa ou nanofiltração. Em particular eles perceberam que isto é possível fazendo o uso de dióxido de carbono que se origina a partir do AnMBR, em vez de evitar um aumento indesejado do pH através da adição de um ácido externo para a alimentação para o sistema de osmose reversa ou nanofiltração. No entanto, é possível diminuir o pH de outra forma, em particular, através da adição de outro sal, que pode ser um ácido orgânico, tal como ácido cítrico, ou um ácido inorgânico, tal como ácido sulfâmico (H3NSO3) .
[00017] Eles perceberam adicionalmente que fazendo o uso desta redução de pH, em particular com o uso de dióxido
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8/26 de carbono que se origina a partir de AnMBR, em combinação com a manutenção de condições essencialmente anaeróbicas na osmose reversa ou nanofiltração, o sistema pode ser operado em uma capacidade desejada por um tempo prolongado, em particular já que os riscos tanto de entupimento quanto de incrustações podem ser reduzidos. Adicionalmente, isto permite uma redução no requisito anual de produtos químicos de limpeza para a osmose reversa da unidade de nanofiltração. Assim, a invenção provê uma redução no uso de produtos químicos. Com relação às incrustações, os inventores perceberam que além da incrustações devido à precipitação de sais inorgânicos, incrustação por enxofre é um fator de risco sério em unidades de osmose reversa ou nanofiltração convencionalmente usadas. Incrustação por enxofre é causada pela oxidação de sulfeto de hidrogênio (que pode estar presente em uma alimentação para a unidade de osmose reversa ou nanofiltração, por exemplo, produzida por um microrganismo no digestor ou a jusante do mesmo). Tal risco é evitado pelo menos substancialmente, ou pelo menos reduzido de acordo com a invenção.
[00018] Adicionalmente é uma vantagem que um método de acordo com a invenção pode reduzir consideravelmente o consumo de agentes que evitam incrustações para mitigar as incrustações. Agentes que evitam incrustações relativamente eficazes são conhecidos na técnica para evitar incrustações pode alguns sais, como o carbonato de cálcio, mas não para, por exemplo, fosfato de cálcio. Evitando a necessidade por (altas quantidades de) agentes que evitam incrustação também é vantajoso para o tratamento adicional do permeado
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9/26 ou concentrado, a jusante da osmose reversa ou nanofiltração. Em particular, se o concentrado é adicionalmente submetido a um tratamento de precipitação, em que um sal é precipitado, por exemplo, estruvita, a presença de (uma alta concentração de) um agente que evita incrustações torna a precipitação mais difícil.
[00019] Adicionalmente é uma vantagem que um método de acordo com a invenção seja adequado para prover um permeado de osmose reversa ou nanofiltração que pode ser usado como água industrial ou doméstica sem tratamento de purificação substancial adicional, ou com apenas tratamento de purificação adicional limitado ou desinfecção alimentada.
[00020] A invenção permite adicionalmente uma redução na emissão de gás de dióxido de carbono, especialmente em uma modalidade em que dióxido de carbono (também) é recuperado como um carbonato a partir do concentrado de osmose reversa ou nanofiltração (concentrado o qual também pode ser referido como 'salmoura').
[00021] Levando em conta os efeitos de um método de acordo com a invenção, a invenção é em particular vantajosa com relação a um ou mais dos seguintes aspectos: consumo de energia global reduzido, redução de incrustação da (das membranas da) unidade de osmose reversa ou nanofiltração, redução de incrustação da (membranas da) unidade de osmose reversa ou nanofiltração, prolongamento do tempo de vida da (membranas da) da unidade de osmose reversa ou nanofiltração, aumento da disponibilidade da instalação em que o tratamento é realizado (tempo entre as paradas para
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10/26 limpeza ou substituição de partes), fluxo aumentado sobre a membrana de osmose reversa ou nanofiltração, desempenho aprimorado de osmose reversa ou nanofiltração, capacidade de tratamento aumentada, capacidade de recuperação de água purificada aumentada, eficiência de tratamento aumentada, custo de capital global reduzido (Capex), custo operacional global reduzido (Opex).
[00022] A Figura 1 mostra de maneira esquemática uma modalidade especifica da invenção, com uma unidade de recuperação de dióxido de carbono para recuperar dióxido de carbono a partir do concentrado da osmose reversa ou nanofiltração e/ou uma unidade de recuperação de dióxido de carbono está presente para recuperar dióxido de carbono a partir do permeado da osmose reversa ou nanofiltração.
[00023] A Figura 2 mostra de maneira esquemática uma modalidade especifica da invenção, em que uma unidade de dióxido de carbono para recuperar dióxido de carbono a partir do biogás produzido no AnMBR.
[00024] A Figura 3 mostra de maneira esquemática uma vista mais detalhada de uma modalidade especifica: uma unidade para recuperar dióxido de carbono a partir do concentrado da osmose reversa ou nanofiltração, uma unidade de recuperação de dióxido de carbono para recuperar dióxido de carbono a partir do permeado da osmose reversa ou nanofiltração e uma unidade de dióxido de carbono para recuperar dióxido de carbono a partir do biogás produzido no AnMBR.
[00025] O termo ou como usado aqui é definido como e/ou a menos que seja especificado de outra forma.
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11/26 [0002 6] O termo um ou uma como usado aqui é definido como pelo menos um a menos que seja especificado de outra forma.
[00027] Quando em referência a um substantivo (por exemplo, um composto, um aditivo, etc.) no singular, o plural também deve estar incluído.
[00028] O termo (pelo menos) substancial(mente) em geral é usado aqui para indicar que possui o caráter geral ou a função da qual é especificada. Quando em referência a uma funcionalidade quantificável, este termo em particular é usado para indicar que é de pelo menos 50 %, mais em particular mais do que 75 %, ainda mais em particular mais do que 90 % do máximo daquela funcionalidade. O termo 'essencialmente livre' em geral é usado aqui para indicar que uma substância não está presente (abaixo do limite de detecção alcançável com a tecnologia analítica como disponível na data de depósito efetiva) ou presente em uma quantidade tão baixa que não afeta de maneira significativa a propriedade do produto que é essencialmente livre da dita substância. Na prática, em termos quantitativos, um produto comumente é considerado essencialmente livre de uma substância, se o conteúdo da substância é de 0 a 0,1 % em peso, em particular 0 a 0,01 % em peso, mais em particular 0 a 0,001 % em peso.
[00029] No contexto deste pedido, o termo cerca de em geral quer dizer um desvio 15 % ou menos a partir do dado valor, em particular um desvio de 10% ou menos, mais em particular um desvio de 5% ou menos.
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12/26 [00030] Como usado aqui substância orgânica biodegradável é a substância orgânica que pode ser convertida por biomassa no reator sob condições essencialmente anaeróbicas, em particular para biomassa ou metano.
[00031] Como usado aqui substância orgânica' é qualquer substância orgânica que pode ser oxidada quimicamente, como pode ser descrito pelo teste de Demanda Química de Oxigênio (DQO), como descrito em ISO 6060:1989. Um conteúdo de substância orgânica em geral é expresso em g de DQO, isto é gramas de oxigênio que são consumidas para a oxidação da substância orgânica.
[00032] O termo pH é usado aqui para o pH aparente, isto é, o pH como medido com um eletrodo padrão de pH calibrado.
[00033] Para o propósito de clareza e uma descrição concisa funcionalidades são descritas aqui como parte das mesmas modalidades ou de modalidades separadas, no entanto, será percebido que o escopo da invenção pode incluir modalidades tendo combinações de todas ou de parte das funcionalidades descritas. Termos usados aqui que não são definidos especificamente aqui como definido em WO 2013/139823, ou - se não estiver definido no mesmo - usado de acordo com conhecimento geral comum.
[00034] O filtrado a partir do biorreator de membrana em principio pode ser um filtrado a partir de qualquer AnMBR, por exemplo, a partir de um AnMBR (operado) como descrito em WO 2011/13092 Al, WO 2013/139823 ou a técnica anterior citada aqui.
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13/26 [00035] A corrente residual tratada no AnMBR em princípio pode ser qualquer corrente residual aquosa que compreende uma substância orgânica que é biodegradável sob condições anaeróbicas. Preferivelmente, a corrente residual é selecionada a partir do grupo de correntes de água residual municipal, correntes de água residual industrial, correntes de esgoto, correntes residuais aquosas a partir de processos de fermentação (tal como caldo de fermentação residual), pastas fluidas aquosas e lamas aquosas. Em termos de conteúdo de água de uma corrente residual introduzida para um digestor anaeróbico em um método de acordo com a invenção, isto pode variar em uma grande faixa. Preferivelmente, o conteúdo de água é mais do que 50 % em peso, em particular pelo menos 80 % em peso, mais em particular 90 % em peso ou mais da corrente residual. O conteúdo residual (orgânico) pode ser de 50 % ou menos, 20 % ou menos, 10 % ou menos ou 2 % ou menos.
[00036] Em uma modalidade preferida, a corrente residual é uma água residual industrial, em particular a partir da produção de alimentos ou bebidas (por exemplo, produção de laticínios, processamento de fruta) ou água residual a partir de uma planta guímica ou uma água residual agrícola.
[00037] O filtrado a ser submetido a osmose reversa ou nanofiltração comumente contém dióxido de carbono dissolvido (em particular como HCO3- /CO32-) ainda antes da redução de pH. Dióxido de carbono tipicamente é formado no AnMBR, e parte do mesmo é dissolvido no efluente líquido do digestor, e como uma consequência também no filtrado.
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14/26 [00038] Um método de acordo com a invenção em particular é vantajoso para o tratamento de um filtrado que se oriqina a partir de uma corrente residual contendo uma quantidade substancial de um ou mais compostos selecionados a partir do qrupo que contém compostos de nitroqênio, compostos que contêm fósforo, ions cálcio e ions maqnésio ou para o tratamento de um filtrado em que uma quantidade substancial de um ou mais destes compostos são usados no tratamento da corrente residual, e em que um ou mais destes compostos estão presentes ou adicionados para o filtrado. Pelo menos uma parte substancial do dito nitroqênio tipicamente é parte do amônio. Pelo menos uma parte substancial do dito fósforo tipicamente é parte de um fosfato. Áquas residuais a partir da produção de alimentos ou bebidas ou áqua residual aqricola são exemplos de áquas residuais que qeralmente contêm quantidades relativamente altas de amônio, fosfato, cálcio e/ou maqnésio.
[00039] Em um método preferido da invenção, o filtrado a ser submetido a osmose reversa ou nanofiltração contém pelo menos 20 ppm fosfato, em particular pelo menos 50 ppm fosfato. Em particular, a invenção permite o tratamento vantajoso de um filtrado em adição ao fosfato compreendendo adicionalmente amônio e maqnésio. Para tal filtrado, a incrustação por precipitação de estruvita pode ser evitada substancialmente, ou pelo menos reduzido comparado com um método de referência em que osmose reversa ou nanofiltração é realizada sem as medidas da presente invenção. Um filtrado compreendendo amônio e fosfato que em particular se beneficia a partir de um método da invenção
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15/26 possui uma razão molar de amônio para fosfato de mais do que 1,0, preferivelmente 1,5 ou mais, mais preferivelmente cerca de 2,5 ou mais.
[00040] Um método de acordo com a invenção também é útil para tratar um filtrado a partir de um AnMBR contendo uma quantidade substancial de cálcio, tal como pelo menos 100 mg/1 de cálcio, em particular 100 a 600 mg/1 de cálcio. Devido às medidas da invenção, é possível evitar substancialmente ou pelo menos reduzir a incrustação pela precipitação de carbonato de cálcio.
[00041] O AnMBR a partir do qual o filtrado de AnMBR a ser tratado por osmose reversa ou nanofiltração é obtido pode ser operado de uma maneira conhecida por si só. Comumente, o conteúdo de sólidos suspensos total médio (TSS) no digestor é de pelo menos 5 g/1, em particular 8 a 60 g/1, mais em particular 8 a 45 g/1, mais em particular 10 a 35 g/1.
[00042] O digestor (9) do AnMBR, em que biomassa (microrganismos anaeróbicos) é usado para degradar substâncias orgânicas biodegradáveis, formando desta forma biogás (compreendendo dióxido de carbono e metano) preferivelmente é um reator misturado, em particular um reator de tanque agitado contínuo (CSTR).
[00043] Filtração de efluente aquoso do digestor é realizada em uma unidade de filtração (11) que pode estar situada dentro do digestor ou fora do digestor. A unidade de filtração é uma unidade de filtração de membrana, tipicamente uma unidade de ultrafiltração. Na unidade de filtração de membrana um filtrado e um retentado são
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16/26 formados. Pelo menos uma parte do filtrado é adicionalmente tratada em um método de acordo com a invenção.
[00044] É importante que as condições no tratamento de osmose reversa ou nanofiltração são essencialmente anaeróbicas. Desta forma (bio)incrustação é reduzida ou evitada, mas também pode ter um efeito positivo na redução de incrustação ou evitando incrustações. Em principio, condições essencialmente anaeróbicas podem ser alcançadas de qualquer maneira. No entanto, os inventores descobriram uma maneira vantajosa não complicada de alcançar isto, designadamente alimentando o filtrado a partir da unidade de membrana de filtração (11) para um recipiente de filtrado de AnMBR (12), servindo também como um recipiente de alimentação para a osmose reversa ou nanofiltração (aqui brevemente também referido como 'recipiente de filtrado', tal como um tanque de armazenamento ou outro vaso com teto, tendo um espaço de topo (13) e provendo um conduto de gás (14) entre o dito espaço de topo do recipiente de filtrado e o espaço de topo (10) do digestor. Ainda aqui, pelo menos durante o uso, o recipiente de filtrado e o digestor são vasos em comunicação. Biogás formado no digestor garante uma pressão acima da atmosférica dentro do digestor, e - se em comunicação de gás com o recipiente de filtrado, é eficaz na manutenção de condições anaeróbicas no recipiente de filtrado, e adicionalmente a jusante pelo menos até dentro da unidade de osmose reversa ou nanofiltração, ou mesmo a seguir.
[00045] Preferivelmente, o dito conduto de gás entre o espaço de topo do digestor e o espaço de topo do
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17/26 recipiente de permeado é provido com um capturador de espuma (15) . A espuma em geral é formada dentro do digestor. Os inventores perceberam que a espuma pode conter substâncias que podem afetar de maneira adversa a osmose reversa ou nanofiltração, se estiver presente em concentração muito alta. A presença deste capturador de espuma, evita a contaminação do filtrado usado para o tratamento pela osmose reversa ou nanofiltração através destas substâncias. 0 perito vai conhecer como para prover o conduto de gás com um capturador de espuma.
[00046] O filtrado que deixa a membrana de filtração do AnMBR pode ter quase o mesmo pH como o pH no digestor, que pode ser quase neutro neutral ou levemente ácido ou alcalino, em particular um pH na faixa de cerca de 6,8 até cerca de 7,8.
[00047] Antes de submeter o permeado a partir do AnMBR à osmose reversa ou nanofiltração, o filtrado é tratado para reduzir o pH. Comumente, o pH do filtrado submetido à osmose reversa ou nanofiltração é ajustado até um valor de cerca de pH 7,0 ou menos, preferivelmente cerca de pH 6,7 ou menos, mais preferivelmente em particular cerca de pH 6,5 ou menos. Comumente, o pH é de cerca de 6,0 ou maior, preferivelmente pH 6,2 ou maior, em particular pH 6,3 ou maior, em particular em vista de OPEX. Em uma modalidade particularmente preferida, o pH do filtrado submetido à osmose reversa ou nanofiltração está na faixa de 6,3 a 6,5.
[00048] O pH do filtrado preferivelmente é ajustado relativamente brevemente antes do filtrado ser submetido a
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18/26 osmose reversa ou nanofiltração, isto é - onde for aplicável - a jusante do recipiente de filtrado de AnMBR. Isto é desejado em particular no caso de filtrado a partir do AnMBR ser reciclado para o digestor. Em tal caso, adicionando um ácido para o filtrado que ainda deve ser dividido em uma corrente de reciclo e uma corrente a ser tratada por osmose reversa ou nanofiltração pode ser reciclada para o digestor, reduzindo a parte usada efetivamente para a redução de pH e possivelmente reduzindo o conteúdo relativo de metano no biogás recuperado a partir do AnMBR.
[00049] Condições adicionais de osmose reversa ou nanofiltração podem ser realizadas com base nas condições em geral conhecidas na técnica para obter água purificada, ver, por exemplo, C. Fritzmann et al. / Desalination 216 (2007) 1-76.
[00050] Durante a osmose reversa ou nanofiltração, um concentrado de osmose reversa ou nanofiltração (salmoura) e um permeado de osmose reversa ou nanofiltração são formados. O concentrado é concentrado em sais inorgânicos, orgânicos e pode conter biomassa. Adicionalmente, se um ácido foi usado para reduzir pH, como é preferido, comumente vai conter uma parte do ácido, tal como dióxido de carbono, que foi dissolvido no filtrado de AnMBR para reduzir o pH. Como uma regra geral, o concentrado obtido por osmose reversa ou nanofiltração contém até cerca de 30 % em peso de componentes diferentes do que água, preferivelmente 25 a 35 % em peso.
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19/26 [00051] O concentrado de osmose reversa ou nanofiltração pode ser adicionalmente processado ou descartado com base em uma maneira conhecida por si só.
[00052] Em uma modalidade vantajosa, o concentrado de osmose reversa ou nanofiltração é tratado para recuperar dióxido de carbono, que é usado para ajustar o pH do filtrado a ser tratado por osmose reversa ou nanofiltração. Por exemplo, isto pode ser feito usando um contactador de membrana ou um desgaseificador de vácuo.
[00053] Em uma modalidade preferida, o concentrado de osmose reversa ou nanofiltração é submetido a uma etapa
de precipitação, em que um sal é precipitado. Em
particular, é útil preparar um precipitado de sal
compreendendo um sal de fosfato e/ou um sal de amônio ou
outro nutriente que, por exemplo , pode ser usado para um
fertilizante. Cátions de metal interessantes, como nutrientes, dos quais um ou mais podem estar presentes em um produto de nutriente, incluem potássio, cálcio, magnésio e metais traço. Vantajosamente, precipitados compreendendo estruvita, fosfato de cálcio e/ou carbonato de cálcio podem ser formados. A precipitação pode ser feita adicionando uma substância alcalina, tal como um óxido alcalino terroso (MgO, CaO) ou hidróxido (CaOH, MgOH) ou um hidróxido alcalino, um óxido alcalino terroso em particular KOH, que também possui valor nutriente. Vantajosamente, um reator supersaturador é usado. Aqui com o uso de uma substância alcalina adicionada pode ser evitada ou substancialmente reduzida. O precipitado pode ser submetido ao tratamento adicional, em particular seco. Durante a secagem uma fração
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20/26 sólida (cristais salinos) é recuperada. Uma fase gasosa pode ser usada (ou formada) compreendendo NH3, que pode ser recuperada a partir da fase gasosa em um absorvedor de água, em que hidróxido de amônio é recuperado. Isto pode ser usado para a produção de fertilizante ou semelhantes.
[00054] Em particular é preferido combinar a recuperação de dióxido de carbono a partir do concentrado de osmose reversa ou nanofiltração com uma etapa de precipitação para recuperar um sal inorgânico. Através de recuperação do dióxido de carbono, o pH do concentrado de osmose reversa ou nanofiltração é aumentado, em que menos ou nenhuma substância alcalina é necessária para alcançar a precipitação e/ou em que menor concentração do concentrado de osmose reversa ou nanofiltração é necessária para alcançar a precipitação.
[00055] Em uma modalidade preferida, dióxido de carbono é recuperado a partir do permeado de osmose reversa ou nanofiltração. Equipamento adequado para recuperar o dióxido de carbono vantajosamente é selecionado a partir do grupo que consiste de extratores a vácuo, extratores a gás (tal como um extrator que faz uso de nitrogênio para gaseificar dióxido de carbono) e contatores de membrana para remover dióxido de carbono a partir do concentrado de osmose reversa ou nanofiltração.
[00056] Adicionalmente, é possível recuperar dióxido de carbono a partir do biogás produzido no digestor anaeróbico e introduzir o dióxido de carbono no filtrado de AnMBR antes do seu uso como alimentação de osmose reversa ou nanofiltração. Para a recuperação de dióxido de carbono
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21/26 a partir do biogás, uma técnica conhecida pode ser o uso, tal como uma separação sobre uma membrana seletiva a gás, que é tanto mais permeável ao dióxido de carbono do que para metano ou mais permeável para metano do que para dióxido de carbono. Também pode-se submeter o biogás a uma etapa de oxidação em que dióxido de carbono é formado e usado o gás resultante para o ajuste de pH.
[00057] As Figuras 1 a 3 exemplificam esquematicamente métodos e instalações de acordo com a invenção. Será entendido pelo perito que a instalação pode conter adicionais linhas de fluido (por exemplo, linhas de reciclo), entradas, saídas, unidades de tratamento e equipamento adicional, tais como bombas, válvulas, controladores, sensores etc., por exemplo, como descrito na técnica anterior mencionada aqui e em handbooks. O perito será capaz de determinar onde estes são necessários ou desejados com base em conhecimento geral comum e a informação divulgada aqui. Como segue a partir do restante da presente descrição e as reivindicações, também está claro para um perito que um número de itens mostrados nas Figuras são opcionais, por exemplo, o capturador de espuma (15) e a presença de mais do que uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (6, 7, 40). Também está claro para o perito que partes das figuras separadas podem ser combinadas, em particular uma ou ambas das instalações de recuperação de dióxido de carbono a partir da Figura 1 com a instalação de recuperação de dióxido de carbono da Figura 2, por exemplo, como exemplificado na Figura 3.
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22/26 [00058] A degradação anaeróbica das substâncias orgânicas é realizada no digestor 9, contendo microrganismos anaeróbicos, pelo menos durante o uso. O digestor tipicamente possui uma entrada para uma corrente residual de fluido 16, uma linha de saída para biogás 38 e uma saída para efluente líquido 17.
[00059] A saída para efluente líquido 17 é conectada com uma entrada 18 da unidade de filtração de membrana 11 através do conduto 17a, em que o efluente líquido pode ser introduzido na unidade de filtração 11. Na unidade de filtração um retentado é formado, para o qual a saída de retentado 19 está presente, e um filtrado para o qual a saída de filtrado 20 está presente. O filtrado a partir da unidade de filtração 11 (também referido como filtrado de AnMBR) pode ser reciclado parcialmente para a entrada 18 para a unidade de filtração ou para o digestor 9 (não mostrado). O filtrado de AnMBR é introduzido de maneira conveniente para um recipiente de filtrado 13, através da linha 1c e a entrada 21. Tipicamente o recipiente de filtrado é um tanque de filtrado, em geral uma estrutura fechada (além de - evidentemente - uma ou mais entradas e saídas projetadas para líquidos e opcionalmente para gás) . A partir deste recipiente de filtrado 13, o filtrado de AnMBR é alimentado para a direção da unidade de osmose reversa (3), através da saída de recipiente de filtrado 22. Se parte do filtrado é reciclada, isto também é feito de maneira conveniente através do recipiente de filtrado 13.
[00060] A introdução do dióxido de carbono em geral é feita antes de entrar na unidade de osmose reversa 3, e
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23/26 preferivelmente entre o recipiente de permeado 12 e a unidade de osmose reversa ou a unidade de nanofiltração 3. Para isto uma unidade de mistura de gás - líquido 8 convencional é comumente provida da qual a entrada 24 é conectada com a saída de filtrado 22 através da linha 1b. A unidade de mistura de gás - líquido 8 possui adicionalmente uma ou mais entradas de dióxido de carbono (25a, 25b) e uma saída 26 para filtrado do qual o pH foi reduzido. Preferivelmente, a unidade de mistura compreende um pH sensor, ou um sensor de pH é provido a jusante da unidade de mistura de gás - líquido 8 e a montante da unidade de osmose reversa ou nanofiltração 3. Este sensor pode ser conectado com um dispositivo de controle para ajustar o fluxo de dióxido de carbono relativo ao fluxo de filtrado de maneira a manter o pH do filtrado entrando na unidade de osmose reversa ou nanofiltração dentro de uma faixa desejada. A saída 26 para o filtrado para o qual o dióxido de carbono foi introduzido é conectada com a entrada 27 da unidade de osmose reversa ou unidade de nanofiltração 3 através da linha la.
[00061] A unidade de osmose reversa ou nanofiltração 3 compreende uma membrana de osmose reversa ou nanofiltração em que pelo menos uma parte substancial das substâncias diferentes do que água no filtrado de AnMBR são retidos e através da qual a água passa (mais comumente algum gás dissolvido em particular dióxido de carbono). A parte retida é uma salmoura, concentrado em sais e - onde for aplicável - orgânicos residuais e biomassa. O permeado é água purificada, que pode ser usado como água doméstica
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24/26 ou água industrial, opcionalmente após um tratamento final, por exemplo, um ajuste de pH até cerca de pH neutro, para o qual a recuperação de dióxido de carbono é um tratamento adequado.
[00062] A unidade de osmose reversa ou nanofiltração 3 compreende uma salda 29 para o concentrado de osmose reversa ou nanofiltração e uma salda 28 para permeado de osmose reversa ou nanofiltração. Em uma modalidade ilustrada pela Figura 1, pelo menos uma das ditas saldas para o concentrado de osmose reversa ou nanofiltração e permeado de osmose reversa ou nanofiltração respectivamente são conectados com uma unidade de recuperação de dióxido de carbono.
[00063] Na Figura 1, a salda 29 para concentrado de osmose reversa ou nanofiltração é conectada com a entrada 30 da unidade de recuperação de dióxido de carbono 6 através da linha 5. Unidade de recuperação de dióxido de carbono 6 compreende uma salda 32 para o concentrado a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado. Ela compreende adicionalmente uma salda de gás 31. Esta é conectada com a entrada 25b da unidade de mistura de gás liquido através da linha de gás 36.
[00064] Na Figura 1, a salda 28 para permeado de osmose reversa ou nanofiltração é conectada com a entrada 33 da unidade de recuperação de dióxido de carbono 7 através da linha 4. Unidade de recuperação de dióxido de carbono 7 compreende uma salda 35 para água a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado. Ela compreende adicionalmente uma salda de gás 34. Esta salda é conectada
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25/26 com a entrada 25a da unidade de mistura de gás - líquido através da linha de gás 37. Se ambas as unidades de recuperação de dióxido de carbono 6 e 7 estão presentes, a entrada 25a e a entrada 25b podem ser a mesma entrada.
[00065] A Figura 1 ilustra adicionalmente um modo preferido para manter condições anaeróbicas durante o uso. O digestor 9 e o recipiente de filtrado 12 são - pelo menos durante o uso - vasos em comunicação através de um conduto de gás 13a, 14b conectando o espaço de topo 10 do digestor 9 e o espaço de topol3 do recipiente de filtrado 12. O capturador de espuma preferivelmente presente 15 também é mostrado. Como será entendido pelo perito, o conduto 14b pode ser conectado diretamente para o espaço de topo do digestor 10 ou através de uma linha de saída de biogás 38. Uma vantagem adicional da provisão de uma conexão de comunicação de gás entre o espaço de topo do digestor 9 e do recipiente de filtrado 12 reside na preservação de pulsos de gás durante procedimentos de descarga de retorno. Durante um procedimento de descarga de retorno, um (pequeno) volume de biogás é rapidamente forçado de volta através das membranas da unidade de filtração de membrana. Isto pode causar um pico na taxa de fluxo de biogás do espaço de topo do digestor e o recipiente de permeado não estão conectados, que pode resultar por último na queima indesejada do biogás. Pelo conduto de gás (14a, 14b) em que o digestor e o recipiente de filtrado são vasos em comunicação qualquer volume de líquido de excesso deslocado a partir do recipiente de filtrado 12, durante uma descarga de retorno, vai ser instantaneamente um volume igual de
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26/26 biogás a partir do digester 9. Uma solução alternativa para este problema é para instalar um retentor de gás para capturar o pico de biogás. No entanto, esta é uma solução mais complexa.
[00066] Em uma modalidade adicional (mostrada na Figura 2), a instalação compreende uma unidade de tratamento de gás para recuperar dióxido de carbono (40) a partir do biogás produzido no digester (9) e a unidade de tratamento de gás a qual é provida com um conduto entre a saída de biogás (38) do digestor (9) e a entrada de biogás (39) da unidade de tratamento de gás (40) . A dita unidade de tratamento de gás (40) compreende adicionalmente uma saída (41) para biogás a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado (e que assim é enriquecido em metano) e uma saída para dióxido de carbono recuperado (42). A saída para dióxido de carbono recuperado (42) está em conexão com uma entrada (25c) da unidade de mistura de gás 8.
[00067] Itens adicionais da Figura 2 correspondem com estes tendo o mesmo número na Figura 1.
[00068] A Figura 3 mostra em maior detalhe um projeto de uma instalação de acordo com a invenção.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para o tratamento de um filtrado (la-lc) a partir de um biorreator de membrana anaeróbico (2), caracterizado pelo fato de que compreende reduzir o pH do filtrado (la) a partir do biorreator de membrana anaeróbico através da introdução de dióxido de carbono para o dito filtrado e submeter o filtrado tendo o pH reduzido a um tratamento de osmose reversa ou um tratamento de nanofiltração (3), formando um permeado de osmose reversa ou um permeado de nanofiltração (4) e um concentrado de osmose reversa ou um concentrado de nanofiltração (5) enquanto mantém o filtrado (la-lc) a partir do biorreator de membrana anaeróbico (2) essencialmente anaeróbico.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do dióxido de carbono é recuperado a partir do permeado de osmose reversa ou o permeado de nanofiltração (4).
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do dióxido de carbono é recuperado a partir do concentrado de osmose reversa ou do concentrado de nanofiltração.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do dióxido de carbono é recuperado a partir do biogás (38) que foi produzido no biorreator de membrana anaeróbico (2).
  5. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o
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    2/7 pH do filtrado a partir do reator de membrana anaeróbico a ser submetido a osmose reversa ou nanofiltração é reduzido até um valor de pH 7,0 ou menos, preferivelmente até um pH na faixa de 6,3 a 6,5.
  6. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o filtrado do biorreator de membrana anaeróbico (2) é formado em uma unidade de filtração de membrana (11), em particular uma unidade de ultrafiltração (11), de um biorreator de membrana anaeróbico (2) compreendendo adicionalmente um diqestor anaeróbico (9) tendo um espaço de topo do diqestor (10),
    - o filtrado (1c) formado na unidade de filtração de membrana (11) é alimentado para um recipiente de filtrado (12) tendo um espaço de topo do recipiente de filtrado (13) , recipiente de filtrado (12) a partir do qual o filtrado a partir do biorreator de membrana anaeróbico (1b, la) é alimentado para uma unidade de osmose reversa ou uma unidade de nanofiltração (3) em que o tratamento de osmose reversa ou o tratamento de nanofiltração ocorre, enquanto se mantém condições essencialmente anaeróbicas; e em que o diqestor (9) e o recipiente de filtrado (12) são vasos em comunicação através de um conduto de qás (14a, 14b) conectando o espaço de topo do diqestor (10) e o espaço de topo do recipiente de filtrado (13).
    7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o pH do filtrado é reduzido por meio da introdução de dióxido de carbono recuperado
    para o filtrado a partir do reator de membrana anaeróbico,
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    3/Ί introdução a qual ocorre a jusante do recipiente de filtrado (12) e a montante da unidade de osmose reversa ou da unidade de nanofiltração (3).
    8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o filtrado a partir do biorreator de membrana anaeróbico a ser submetido a osmose reversa ou nanofiltração contém pelo menos 20 ppm fosfato, em particular cerca de 50 ppm ou mais de fosfato, e amônia em uma razão molar amônia para fosfato de mais do que 1,5, em particular cerca de 2,5 ou mais.
    9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que dióxido de carbono é recuperado a partir do concentrado de osmose reversa ou do concentrado de nanofiltração, em que um concentrado é obtido tendo um conteúdo reduzido de dióxido de carbono comparado com o concentrado diretamente após osmose reversa ou tratamento de nanofiltração, em que o concentrado tendo o conteúdo reduzido de dióxido de carbono é submetido a uma precipitação salina, preferivelmente uma etapa de supersaturação, e em que o precipitado, preferivelmente um precipitado compreendendo amônia e/ou fosfato, é recuperado.
    10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o permeado de osmose reversa ou nanofiltração é tratado em uma unidade de recuperação de dióxido de carbono selecionada a partir do grupo que consiste de extratores a vácuo, extratores a gás (tais como um extrator que faz uso de nitrogênio para extrair dióxido de carbono a partir do
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    ΜΊ permeado) e contatores de membrana para remover dióxido de carbono a partir do permeado.
    11. Instalação adequada para realizar um método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende um biorreator de membrana anaeróbico (2), compreendendo um digestor (9) e uma unidade de filtração de membrana (11) em que uma saída de filtrado é conectada com uma unidade de osmose reversa ou uma unidade de nanofiltração (3) através de uma unidade de mistura de gás - líquido (8) para introduzir dióxido de carbono para o filtrado, a unidade de osmose reversa ou nanofiltração a qual possui um permeado de osmose reversa ou uma saída de permeado de nanofiltração (28) e um concentrado de osmose reversa ou uma saída de concentrado de nanofiltração(29), e em que a instalação compreende adicionalmente pelo menos um dos seguintes:
    - uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (7) para recuperar dióxido de carbono a partir do dito permeado, tendo uma entrada (33) conectada com a dita saída de permeado, a unidade de recuperação de dióxido de carbono
    a qual possui adicionalmente uma saída para um líquido (35), em particular água, a partir da qual dióxido de carbono foi recuperado e uma saída (34) para dióxido de carbono recuperado, a saída i (34) a qual para dióxido de carbono recuperado é conectada com a entrada (25a) da
    unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono para a unidade de mistura (8));
    - uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (6) para recuperar dióxido de carbono a partir do dito
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    5/Ί concentrado, tendo uma entrada (30) conectada com a dita saída de concentrado (29), a unidade de recuperação de dióxido de carbono a qual (6) possui adicionalmente uma saída de concentrado (32) para o concentrado a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado e uma saída (31) para dióxido de carbono recuperado, a saída para dióxido de carbono recuperado a qual é conectada com a entrada (25b) da unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono para a unidade de mistura (8));
    - uma unidade de recuperação de dióxido de carbono (40) para recuperar dióxido de carbono a partir do biogás produzido no digester (9), a unidade de recuperação de dióxido de carbono a qual (40) possui uma entrada (39) para introduzir o biogás, uma saída (41) para biogás a partir do qual dióxido de carbono foi recuperado e uma saída (42) para dióxido de carbono recuperado, a saída (42) para biogás recuperado a qual é conectada com a entrada (25c) da unidade de mistura (8) para introduzir o dióxido de carbono na unidade de mistura (8);
    a instalação a qual está configurada para manter condições essencialmente anaeróbicas no digestor, unidade de filtração de membrana e a unidade de osmose reversa ou a unidade de nanofiltração.
    12. Instalação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende um digestor (9) tendo um espaço de topo (10), o digestor compreendendo uma entrada (16) para uma corrente aquosa de fluido, uma saída de gás (18), uma saída para efluente líquido (17), a saída a qual é conectada com uma entrada (18) de uma unidade de
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    6/Ί filtração de membrana (11) através de um conduto (17a), a unidade de filtração (11) tendo uma saída de retentado (19) e uma saída de filtrado (20);
    um recipiente de filtrado (12) tendo um espaço de topo (13), o recipiente de filtrado compreendendo uma entrada (21) conectada com a saída de filtrado (20) da unidade de filtração (11) através do conduto de filtrado (1c) e uma saída de filtrado (22), em que o digestor (9) e o recipiente de filtrado (12) são - pelo menos durante o uso - vasos em comunicação através de um conduto de gás (13a, 14b) conectando o espaço de topo (10) do digestor (9) e o espaço de topo (13) do recipiente de filtrado (12).
    13. Instalação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o conduto de gás (14a, 14b) conectando o espaço de topo do digestor (10) e o espaço de topo do recipiente de filtrado (13) é provido com um capturador de espuma (15) .
    14. Instalação, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um dos seguintes um reator de supersaturação como uma unidade (6) para recuperar dióxido de carbono a partir de um concentrado de osmose reversa ou um concentrado de nanofiltração;
    uma unidade de ultrafiltração como a unidade de filtração de membrana;
    um CSTR como o digestor.
    15. Processo para obter água purificada e/ou nutrientes para plantas ou animais caracterizado pelo fato
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  7. 7/7 de que compreende o tratamento de uma corrente residual aquosa compreendendo uma substância orgânica biodegradável e matéria inorgânica em uma instalação como definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 14 ou compreendendo o tratamento de uma corrente residual aquosa em um reator de membrana anaeróbico a partir do qual um filtrado é obtido e filtrado o qual é tratado em um método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
BR112019012665A 2016-12-21 2017-12-20 tratamento de um filtrado a partir de um biorreator de membrana anaeróbico usando osmose reversa ou nanofiltração BR112019012665A2 (pt)

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