BR112019016234A2

BR112019016234A2 - dispositivo para tratamento de esgoto

Info

Publication number: BR112019016234A2
Application number: BR112019016234A
Authority: BR
Inventors: Sanna Edoardo; Sanna Ludovico
Original assignee: Novideas S R L
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2020-04-07
Also published as: JP7110212B2; CO2019009616A2; CA3051042A1; CN110573463B; MX2019009328A; HUE053031T2; EA201991858A1; US20210363038A1; MA47462A; AU2018218560B2; EP3580183A1; AU2018218560A1; IT201700013252A1; PL3580183T3; WO2018146597A1; ES2843200T3; DK3580183T3; BR112019016234B1; CN110573463A; JP2020514032A

Abstract

um aparelho para degradar a fração orgânica do esgoto por meio de biomassa ativa, em particular partículas de lodo ativo, compreendendo: - pelo menos um tanque (1) adaptado para conter o esgoto e a dita biomassa ativa; - pelo menos uma estrutura oca (6, 106, 206), adaptada para estar pelo menos parcialmente imersa no esgoto, provida com pelo menos uma primeira abertura (61) para deixar entrar o esgoto e com pelo menos uma segunda abertura (62) para deixar sair o esgoto, em que a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura (61) e a área da pelo menos uma segunda abertura (62) é igual a pelo menos 5:1; - meios de distribuição de ar (7, 70) adaptados para introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206); em que a dita pelo menos uma primeira abertura (61) está próxima dos ditos meios de distribuição de ar (7, 70) e a dita pelo menos uma segunda abertura (62) está distal dos ditos meios de distribuição de ar (7, 70), de modo que os meios de distribuição de ar (7, 70) são adaptados para gerar um fluxo de esgoto a partir da dita pelo menos uma primeira abertura (61) para a dita pelo menos uma segunda abertura (62).

Description

DISPOSITIVO PARA TRATAMENTO DE ESGOTO

Campo de invenção [0001] A presente invenção refere-se a um sistema, ou aparelho, e a um método para a oxidação química e bioquímica de material orgânico por meio do uso de lodo granular no modo aeróbico. Mais em particular, a invenção refere-se a um sistema e um método para degradar água residual e/ou fração de resíduos orgânicos e/ou qualquer substância orgânica em solução aquosa por meio de um sistema de lodo granular aeróbico cultivado em suspensão empregando Substâncias Poliméricas Extracelulares (EPSs). As EPSs são tipicamente obtidas a partir do lodo ativo de uma planta de purificação ou a partir da lise de outro material celular biológico.

[0002] O sistema da presente invenção é particularmente adequado também para modificar plantas de purificação de iodos ativos existentes.

Técnica antecedente [0003] A pesquisa sobre plantas de purificação com lodo granular no modo aeróbico avançou significativamente, principalmente em relação aos reatores que operam no modo intermitente, os assim chamados reatores de Enchimento e Esvaziamento, em particular em relação aos Reatores em Bateladas Sequenciais Granulares (GSBR).

[0004] Estes reatores apresentam algumas desvantagens dadas pelo seu controle complexo e pelos longos períodos para se tornarem totalmente operacionais.

[0005] Outra desvantagem de tais reatores é dada pelos seus requisitos estruturais. De fato, tais reatores devem garantir que o lodo ativo seja colocado na condição

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2/29 ideal para a produção das EPSs, ou que ocorra a lise celular, e a liberação resultante no meio líquido das EPSs contidas nas células, EPSs estas que, de acordo com a literatura científica, são essenciais para a geração de lodo granular. Para este fim, o reator deve ser capaz de gerar altos valores de oxigênio dissolvido na mistura a ser tratada, e de gerar forças adequadas de cisalhamento e compressão nela. Para obter tais efeitos, os reatores da técnica antecedente são, desvantajosamente, muito mais desenvolvidos. As alturas empregadas são em geral maiores do que 6-7 metros, portanto, adaptam-se com dificuldade à possibilidade de converter tanques de plantas de purificação de lodo ativo existentes em tal tecnologia. Esse problema também é compartilhado pelas poucas modalidades de reatores com lodo granular em fluxo contínuo. Para este último, o problema de permitir um controle fácil e constante do processo ainda não tinha sido solucionado.

Sumário da invenção [0006] É um objetivo da presente invenção resolver as desvantagens acima mencionadas da técnica antecedente proporcionando um sistema, ou aparelho ou reator, e um método para degradar a fração orgânica presente em um meio líquido por meio de lodo granular aeróbico cultivado em suspensão. Esse lodo granular é obtido favorecendo a geração e a manutenção dentro do

reator de	concentrações	adequadas	de	Substâncias
Poliméricas	Extracelulares	(EPSs). De	preferência, a
geração de	tais concentrações ocorre	em	uma maneira
controlada.

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3/29 [0007] A invenção é também aplicável à degradação da fração de resíduos orgânicos após a sua moagem e diluição, obtendo o meio líquido a ser tratado.

[0008] A presente invenção atinge pelo menos tal objetivo por meio de um aparelho para degradar a fração orgânica de esgoto por meio de biomassa ativa, em particular, partículas de lodo ativo, compreendendo:

- pelo menos um tanque adaptado para conter o esgoto e a dita biomassa ativa,

- pelo menos uma estrutura oca, adaptada para estar pelo menos parcialmente imersa no esgoto, provida com pelo menos uma primeira abertura para deixar entrar o esgoto e com pelo menos uma segunda abertura para deixar sair o esgoto, em que a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura e a área da pelo menos segunda abertura é igual a pelo menos 5:1, meios de distribuição de ar adaptados para introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura, em que a dita pelo menos uma primeira abertura está próxima dos ditos meios de distribuição de ar e a dita pelo menos uma segunda abertura está distai dos ditos meios de distribuição de ar, de modo que os meios de distribuição de ar estão adaptados para gerar um fluxo de esgoto da dita pelo menos uma primeira abertura para a dita pelo menos uma segunda abertura.

[0009] De forma vantajosa, dentro da dita pelo menos uma estrutura obtêm-se uma superoxigenação da dita fração orgânica e a geração de Substâncias Poliméricas Extracelulares (EPSs) produzidas pela dita biomassa ativa, i.e., um aumento local na oxigenação do esgoto resultante

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4/29 da convergência das bolhas de ar e, portanto, uma maior concentração de oxigênio dissolvido trocada localmente com a dita fração orgânica.

[0010] Além disso, por meio do aparelho da invenção, as forças de cisalhamento e compressão são geradas no esgoto nas uma ou mais segundas aberturas de saída, i.e., as seções de saída. As forças de cisalhamento e compressão são principalmente obtidas por meio do fluxo produzido pelos meios de distribuição de ar e pela redução marcada entre a área, ou seção, de entrada e a área, ou seção, de saída. Tais forças de cisalhamento e compressão, juntamente com o oxigênio presente no ar introduzido na pelo menos uma estrutura, favorecem significativamente a produção das EPSs.

[0011] De forma vantajosa, a invenção permite obter um aparelho que é mais compacto em relação à técnica antecedente.

[0012] Deve ser observado que, de acordo com a invenção, o esgoto que sai da estrutura é tipicamente uma mistura de esgoto e ar. Além disso, o esgoto que entra na estrutura pode ser somente esgoto ou uma mistura de esgoto e ar. De preferência, o aparelho anteriormente mencionado é parte de uma planta industrial.

[0013] A presente invenção também se refere a um método para degradar a fração orgânica de um fluido por meio de biomassa ativa, em particular partículas de lodo ativo, em que é proporcionado um aparelho de acordo com a invenção, o método compreendendo as etapas de:

a) introduzir o esgoto no tanque de maneira que a

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5/29 dita pelo menos uma estrutura esteja pelo menos parcialmente imersa no esgoto;

b) introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura usando os meios de distribuição de ar, de modo a gerar um fluxo de esgoto da dita primeira abertura 61 para a dita pelo menos uma segunda abertura 62 usando os ditos meios de distribuição de ar 7, 70.

[0014] Em particular, o fluxo de esgoto é gerado pelo ar, i.e., pela flutuação do esgoto produzido pela subida das bolhas de ar que saem dos meios de distribuição de ar.

[0015] A presente invenção também se refere a uma estrutura configurada para ser disposta em um aparelho de acordo com a invenção, a dita pelo menos uma estrutura sendo oca e provida com pelo menos uma primeira abertura para deixar entrar o fluido e com pelo menos uma segunda abertura para deixar sair o fluido, em que a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura e a área da pelo menos uma segunda abertura é igual a pelo menos 5:1, de preferência está entre 100:10 e 100:1.

[0016] De preferência, porém não exclusivamente, a estrutura é em forma de sino.

[0017] De preferência, porém não exclusivamente, somente uma primeira abertura e somente uma segunda abertura são proporcionadas. Alternativamente, de preferência, porém não exclusivamente, somente uma primeira abertura e duas ou quatro segundas aberturas são proporcionadas.

[0018] Um aspecto da invenção refere-se a uma

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6/29 planta para o tratamento de águas residuais e/ou de fração de resíduos orgânicos e/ou de qualquer substância orgânica em solução aquosa compreendendo o aparelho de acordo com a invenção.

[0019] De acordo com um aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de lodo granular aeróbico cultivado em suspensão. A geração desse lodo granular é obtida favorecendo a produção das, e empregando as, Substâncias Poliméricas Extracelulares (EPSs) em um reator em fluxo contínuo. De forma vantajosa, o uso de massas de suportes porosos, em particular massas físicas, para a adesão, estratificação e desenvolvimento da biomassa, i.e., do tal lodo granular, não é necessário.

[0020] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não exclusivamente, o qual compreende compartimentos contíguos nos quais uma concentração diferente de EPSs pode ser atingida.

[0021] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não exclusivamente, o qual, para atingir as condições requeridas para a maior produção das EPSs pelas bactérias características de plantas de purificação de lodo ativo ou a sua lise celular com a liberação resultante das EPSs contidas nas suas células, proporciona o emprego de uma ou mais estruturas dispostas dentro do tanque de oxidação, tendo a função de concentrar, em particular de convergir, as bolhas de ar para aumentar localmente a oxigenação. De preferência, essas estruturas são substancialmente em forma de sino com pelo menos uma

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7/29 abertura inferior e pelo menos uma abertura superior. 0 ar é insuflado dentro das estruturas usando os meios de distribuição de ar, que preferivelmente compreendem difusores porosos ou perfurados. Para este fim, o ar proveniente da rede de ventilação, típica dos reatores, pode ser transportado ou meios de distribuição de ar ad hoc podem ser proporcionados.

[0022] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema ou aparelho de alimentação preferivelmente continua, porém não necessariamente, o qual proporciona o emprego de uma ou mais estruturas em forma de sino substancialmente abertas, dispostas dentro do tanque de oxigenação, e no qual um aumento local na troca de oxigênio do esgoto é conseguido por meio de um considerável estreitamento da seção de saida dos sinos de oxidação, resultante da convergência das bolhas de ar e, por meio de tal estreitamento, as forças de cisalhamento e compressão são obtidas, necessárias para atingir condições favoráveis para a produção e a liberação das EPSs por células bacterianas, i.e., para a sua lise celular ou para o aumento significativo na liberação de EPSs resultantes das condições de estresse e, portanto, para a agregação e compactação subsequentes dos grânulos de lodo granular.

[0023] De acordo com outro aspecto da presente invenção, as estruturas em forma de sino abertas podem ser usadas em qualquer reator de oxidação de fração orgânica e, portanto, também em reatores de alimentação descontínua, de modo a aumentar significativamente a concentração de oxigênio dissolvido no esgoto que leva à maior liberação de

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EPSs na mistura líquida e, portanto, à formação de lodo granular.

[0024] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, o qual favorece consideravelmente a formação de lodo granular mesmo em plantas de pequeno tamanho.

[0025] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, o qual produz um lodo notavelmente tendendo à agregação e, portanto, facilmente separável da fase líquida, em particular por sedimentação, em virtude do grau de densidade atingido pelo floco de lodo granular.

[0026] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, o qual proporciona a instalação de estruturas substancialmente em forma de sino dentro de tanques de oxidação tanto no modo fixo (ancoradas ou paradas sobre o fundo) quanto, alternativamente, no modo flutuante.

[0027] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, no qual a saída da mistura de água lodo das estruturas em forma de sino ocorre por meio de um ou mais difusores, cujas estruturas são proporcionados. Tipicamente, tais difusores compreendem um dispositivo para ajustar a seção de saída, i.e., a vazão de saída das estruturas.

[0028] De acordo com outro aspecto da presente

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9/29 invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, que opera com altas concentrações de lodo dentro do reator em virtude das melhores características de sedimentação do lodo, com uma diminuição perceptível resultante nos volumes de tratamento.

[0029] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, o qual é capaz de controlar os picos altos de entrada de carga orgânica em virtude do alto teor de lodo ativo no reator.

[0030] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, no qual, após a agregação do lodo e a formação de grânulos de lodo, ocorre uma multiplicidade de reações químicas e bioquímicas (por exemplo, oxidação da fração de carbono, nitrificação, desnitrificação) dentro do próprio grânulo de lodo e, portanto, dentro do próprio reator.

[0031] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema de alimentação preferivelmente contínua, porém não necessariamente, cujo sistema é facilmente automatizado e proporciona uma grande simplicidade de processo.

[0032] De acordo com outro aspecto da presente invenção, usando as estruturas substancialmente em forma de sino, a produção de lodo dentro das plantas de purificação de lodo ativo pode ser reduzida, uma vez que parte dela é submetida à lise celular requerida para a produção das EPSs .

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10/29 [0033] De acordo com outro aspecto da presente invenção, usando as estruturas substancialmente em forma de sino que favorecem a produção das EPSs, as características de desidratação do lodo podem ser aumentadas por meio de desidratação mecânica, reduzindo o uso de espessantes, como, por exemplo, os polieletrólitos orgânicos. De fato, as EPSs presentes possuem uma função de espessamento.

[0034] Portanto, a presente invenção proporciona um método e sistema de reator de oxidação substancialmente de acordo com as reivindicações anexas.

[0035] A pessoa versada na técnica conhece o significado de lodo granular aeróbico. Em particular, estes são agregados bacterianos de tamanho grande (tipicamente 0,2 - 5 mm), proporcionados com uma alta taxa de sedimentação. O lodo granular pode ser de tipo diferente, dependendo do substrato, por exemplo, nitrificante, heterotrófico, desnitrificante heterotrófico, gerador de metano e anammox.

[0036] A formação de grânulos providos com uma alta taxa de sedimentação permite a manutenção de uma grande quantidade de biomassa dentro do sistema.

[0037] O tamanho dos grânulos é variável, dependendo dos parâmetros operacionais do reator e varia de algumas centenas de micrômetros a alguns milímetros.

[0038] O sistema de lodo granular aeróbico é particularmente adaptado para a purificação de águas residuais em virtude das excelentes características da biomassa, que se agrega formando uma estrutura compacta que rapidamente sedimenta e permite obter altas concentrações de sólidos suspensos voláteis dentro dos reatores e garante

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11/29 a remoção simultânea de substâncias orgânicas e nutrientes. Tal lodo é formado por granulação. A granulação é o processo pelo qual a autoimobilização de microrganismos leva à formação de aglomerados densos contendo milhões de organismos por grama de biomassa, incluindo diferentes espécies bacterianas dentro dela. Para que as bactérias formem grânulos aeróbicos, é necessária a contribuição sinérgica de múltiplas condições físicas, químicas e biológicas, incluindo as forças de cisalhamento hidrodinâmicas.

[0039] Sob certas condições, em particular quando estiverem presentes níveis adequados de oxigênio, tais bactérias produzem polímeros extracelulares e os agregados crescem, determinando mudanças metabólicas e genéticas que fortalecem a interação celular e aumentam a densidade das células aderentes.

[0040] As pessoas versadas na técnica conhecem o significado de EPSs. Tipicamente, é uma reunião, em proporções variadas, de proteínas, polissacarideos (carboidratos) , ácidos húmicos, ácidos nucleicos, lipidios e heteropolímeros, como as glicoproteínas. Parte destas substâncias, sendo hidrofóbicas, separa-se da água e se organiza sobre a superfície com um aspecto altamente viscoso.

[0041] Os polímeros extracelulares secretados pelos microrganismos são de grande importância no processo de granulação, uma vez que, estando envolvidos nos eventos de adesão entre as células, eles fortalecem a estrutura do lodo granular aeróbico, conferindo-lhe estabilidade em longo prazo.

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12/29 [0042] Tipicamente, as culturas em suspensão significam culturas de microrganismos, por exemplo, bacterianas, na ausência de suportes físicos aos quais as bactérias podem aderir. Em particular, nem cascalho nem corpos de plástico são proporcionados. Portanto, nas culturas em suspensão, o lodo está suspenso no meio líquido.

[0043] As reivindicações dependentes descrevem modalidades particulares da invenção.

Breve descrição das Figuras [0044] Uma descrição detalhada de diversas modalidades ilustrativas do aparelho da presente invenção é proporcionada pelo presente como explicação e não como limitação, com referência às Figuras anexas, nas quais:

[0045] A Figura 1 mostra uma vista diagramática do aparelho da presente invenção de acordo com uma primeira modalidade dela;

[0046] A Figura 2 mostra uma vista diagramática do aparelho da presente invenção de acordo com uma segunda modalidade dela;

[0047] A Figura 2A mostra uma vista diagramática de uma variante do aparelho da invenção;

[0048] A Figura 3 mostra uma vista diagramática do diagrama de operação de uma planta de tratamento que inclui o aparelho da presente invenção;

[0049] As Figuras 4A e 4B mostram vistas diagramáticas, respectivamente uma vista de cima e em corte, de um componente do aparelho da presente invenção de acordo com uma primeira modalidade dela;

[0050] As Figuras 5A e 5B mostram vistas

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13/29 diagramáticas, respectivamente uma vista de cima e em corte, de um componente do aparelho da presente invenção de acordo com uma segunda modalidade dela; e [0051] As Figuras 6A e 6B mostram vistas diagramáticas, respectivamente uma vista de cima e em corte, de um componente do aparelho da presente invenção de acordo com uma terceira modalidade dela.

[0052] Os numerais de referência iguais referemse a elementos iguais ou semelhantes.

Descrição detalhada da invenção [0053] Com referência às Figuras, em geral, é mostrado um aparelho para degradar a fração orgânica de um líquido, em particular esgoto, por meio de biomassa ativa, em particular partículas de lodo ativo, compreendendo:

- pelo menos um tanque 1 contendo o fluido e a dita biomassa ativa,

- pelo menos uma estrutura oca 6, 106, 206, pelo menos parcialmente imersa no esgoto, provida com pelo menos uma primeira abertura 61 para deixar entrar o esgoto e com pelo menos uma segunda abertura 62 para deixar sair o esgoto, em que a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura 61 e a área da pelo menos uma segunda abertura 62 é pelo menos 5:1, de preferência entre 100:10 e 100:1,

- os meios de distribuição de ar 7, 70 adaptados para introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura 6, 10 6, 206;

em que a dita pelo menos uma primeira abertura 61 está próxima dos ditos meios de distribuição de ar 7, 70 e a dita pelo menos uma segunda abertura 62 está distai dos

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14/29 ditos meios de distribuição de ar 7, 70, de modo que os meios de distribuição de ar 7, 70 estão adaptados para gerar um fluxo de esgoto da dita pelo menos uma primeira abertura 61 para a dita pelo menos uma segunda abertura 62.

[0054] De forma vantajosa, dentro da dita pelo menos uma estrutura 6, 106, 206 obtém-se um aumento local na oxigenação do esgoto, resultante da convergência das bolhas de ar e da geração das Substâncias Poliméricas Extracelulares (EPSs) produzidas pela dita biomassa ativa.

[0055] De fato, em particular em virtude da razão anteriormente mencionada entre as aberturas 61, 62, e mais em particular em virtude do estreitamento da seção, na proximidade das, ou nas, uma ou mais segundas aberturas 62, há um aumento na concentração de ar e, portanto, de oxigênio. Além disso, o regime de movimento turbulento que é estabelecido na proximidade das uma ou mais segundas aberturas 62 faz com que o esgoto seja submetido a forças de cisalhamento e compressão, favorecendo a geração das EPSs .

[0056] Como adicionalmente explicado abaixo, os meios de distribuição de ar 7, 7 0 compreendem, de preferência, um ou mais difusores porosos.

[0057] De forma vantajosa, o fluxo de esgoto da primeira abertura para as uma ou mais segundas aberturas 62 é obtido em virtude da subida das bolhas insufladas e, portanto, do movimento ascendente do líquido.

[0058] De um modo preferido, a pelo menos uma primeira abertura 61 está voltada para o fundo do tanque, na proximidade da qual os meios de distribuição de ar 7, 70 estão dispostos.

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15/29 [0059] Com referência agora à Figura 1, um aparelho de acordo com uma modalidade da invenção é mostrado diagramaticamente. O aparelho compreende um tanque de oxidação 1 ou reator. O tanque de oxidação pode ser obtido modificando um tanque existente.

[0060] O aparelho, ou a planta, compreende um tanque 1 contendo um fluido a ser oxidado, tipicamente água residual ou fração de resíduos orgânicos, após moagem e diluição, ou lodo excedente, i.e., em excesso, a ser submetido a processos de digestão.

[0061] Um tubo de entrada 2 para o fluido a ser tratado é proporcionado, de preferência disposto em um lado do tanque 1. O tubo de saída de fluido tratado 3 é de preferência disposto no lado oposto do tanque 1 em relação ao tubo de entrada 2, de modo a criar um fluxo do fluido a ser tratado, evitando curtos-circuitos hidráulicos.

[0062] Tipicamente, dentro do tanque 1 é proporcionado um defletor ou divisória 4, disposta na parte final do tanque 1, próxima ao tubo de saída 3. A extremidade inferior do defletor 4 está espaçada do fundo do tanque. No espaço 55, ou zona, delimitado pelo defletor 4 e por uma parede 31 do tanque, onde o tubo de saída 3 é proporcionado, ocorre principalmente a separação do lodo granular da fase aquosa. Tipicamente, o defletor 4 está disposto de modo a estar espaçado da parede 31. Além disso, é preferível que o defletor 4 esteja inclinado em relação à parede 31, de modo que a extremidade do defletor 4 próxima ao fundo do tanque esteja espaçada da parede 31 por uma distância menor do que a distância entre a extremidade do defletor distal do fundo do tanque e a parede 31. Em

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16/29 alternativa, o defletor é substancialmente perpendicular ao fundo do tanque. 0 defletor 4 tem a função de garantir que a retirada do fluxo purificado ocorra na parte inferior do tanque, onde há a menor concentração de EPSs, em especial as hidrofóbicas, que estão concentradas na parte superior do tanque, já que tendem a se organizar ao longo da interface líquido-ar e, portanto, sobre a superfície. Ao mesmo tempo, o fluxo ascendente forçado assegura que o lodo que se separa em tal espaço 55, delimitado pelo defletor 4 e pela parede 31, tenha um efeito de filtragem sobre o fluxo de líquido ascendente que ocorre para o tubo de saída 3 .

[0063] As EPSs são produzidas em virtude de eventos de estresse e lise celular resultantes do uso das estruturas 6.

[0064] De acordo com a presente invenção, de fato, são proporcionados meios que permitem uma transferência local concentrada de oxigênio para o lodo ativo, em particular, pelo menos uma estrutura 6 é proporcionada (duas das estruturas 6 são mostradas na Figura). Cada estrutura 6 é oca. Em particular, ela delimita um volume circunscrito dentro do tanque 1, e a estrutura 6 é disposta em uma condição parcial ou totalmente imersa no tanque 1.

[0065] Cada uma das duas estruturas 6 é substancialmente em forma de sino. As estruturas 6 estão parcialmente imersas no tanque 1 e são mantidas em uma condição flutuante, em virtude da presença de um ou mais flutuadores 60, de preferência dispostos sobre o seu topo. Em alternativa, as estruturas estão em uma posição fixa, de

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17/29 preferência presas ao fundo do tanque, por meio de meios de fixação, por exemplo, uma estrutura de fixação. Quando as estruturas forem fixadas ao fundo do tanque, a extremidade inferior de cada estrutura é espaçada da parede inferior do tanque. De acordo com uma variante não mostrada, as estruturas estão suspensas, sendo suportadas por uma ou mais estruturas de suporte. A parede lateral 67 da estrutura 6 delimita uma abertura de entrada 61 para deixar entrar o fluido. De preferência, a abertura 61 é delimitada por uma extremidade inferior da parede lateral 67 da estrutura 6. A abertura de entrada 61 está voltada para o fundo do tanque.

[0066] Nesta modalidade, pelo menos dois tubos, de preferência quatro tubos 65, são proporcionados para deixar sair o fluido. Os tubos comunicam-se com o interior da estrutura 6 e cada extremidade dos tubos delimita uma respectiva abertura de saída 62 para o fluido, em particular para a mistura de ar/líquido, i.e., a mistura de ar/esgoto. De preferência, os tubos 65 estendem-se transversalmente, por exemplo, ortogonalmente, em relação à parede lateral 67 do sino 6.

[0067] A forma do sino 6 proporciona que a área da abertura de entrada de fluido 61 seja muito maior do que a área de cada abertura de saída de fluido 62 ou do que a soma das áreas das aberturas de saída de fluido 62. De preferência, a razão entre a área da seção da abertura de entrada 61 e a área da seção de cada abertura de saída 62, ou entre a área da seção da abertura de entrada 61 e a soma das áreas das aberturas de saída 62, é pelo menos 5:1, preferivelmente entre 100:10 e 100:1, de acordo com os

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18/29 requisitos de oxidação.

[0068] Além disso, as estruturas substancialmente em forma de sino 6, também chamadas sinos 6, podem transportar o ar liberado para o tanque por meio de elementos de distribuição de ar 70, por exemplo, difusores porosos, posicionados na parte inferior do tanque, conectados, por meio de tubulações, a um sistema de distribuição de ar 7, parcialmente ilustrado, do tanque 1. Deve ser observado que o ar pode ser introduzido no fluido contido no tanque 1 por meios conhecidos pelos especialistas na técnica.

[0069] Exclusivamente como explicação e não como limitação, para permitir maiores possibilidades de ajuste, cada sino 6 pode incluir, dentro, preferivelmente fixado a ele, um ou mais difusores de ar 70 que podem ser conectados ao sistema de distribuição de ar 7. Em geral, de preferência, os sinos 6 são dispostos de modo que pelo menos um elemento de distribuição 70, ou difusor, seja proporcionado, em cada sino 6 individual, de preferência dentro dele.

[0070] A disposição é tal que os difusores 70 criam dentro do sino 6 uma mistura de água e ar que passa através deste último criando um fluxo a partir da abertura 61 para as aberturas 62, por exemplo, substancialmente de baixo para cima, como ilustrado na Figura.

[0071] No caso de uma instalação flutuante do sino, o corpo flutuante 60 é proporcionado sobre a parte superior do sino 6, adaptada para suportá-lo em uma condição flutuante (i.e., separada do fundo do tanque 1) . Do mesmo modo, um corpo de lastro 63 é de preferência

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19/29 proporcionado na parte inferior do sino 6, de modo a assegurar o posicionamento vertical do sino 6 dentro do tanque 1.

[0072] Com referência agora à Figura 2, um aparelho de acordo com outra modalidade da invenção é mostrado diagramaticamente. O aparelho compreende um tanque de oxidação 1 ou reator. Para clareza ilustrativa, as partes iguais terão nomes iguais e a sua descrição detalhada é omitida pelo presente porque dada anteriormente e válida também para esta modalidade.

[0073] A modalidade mostrada nesta figura difere da precedente na medida em que proporciona uma ou mais divisórias ou paredes intermédias 10 (somente uma delas sendo mostrada na Figura) dispostas no tanque 1. As divisórias 10 são providas com uma abertura de passagem na sua parte inferior, ou em outras palavras, a extremidade inferior de cada divisória 10 está espaçada do fundo do tanque. De preferência, as divisórias 10 estão orientadas de modo a estenderem-se em uma direção substancialmente perpendicular ao fundo do tanque. A distância entre a extremidade inferior de cada divisória 10 e a parede inferior do tanque é tipicamente identificada com base nos fluxos hidráulicos do sistema e varia entre 10 cm e 1,5 m. Exclusivamente a título de explicação, cada divisória 10 é fixada a duas paredes opostas do tanque.

[0074] A disposição das divisórias 10 é tal que o espaço delimitado pelas divisórias e pelas paredes do tanque 1 define uma série de compartimentos que estão se comunicando mutuamente. Na modalidade mostrada na Figura 2, somente uma divisória 10 é proporcionada. A viscosidade da

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20/29 mistura, resultante da diferente concentração do componente hidrofóbico das EPSs, pode assumir diferentes valores de concentração nos vários compartimentos. Preferivelmente, a concentração de oxigênio e a viscosidade da mistura diminuem em uma direção que vai do tubo de entrada 2 para o tubo de saída 3. De preferência, cada compartimento compreende pelo menos um sino 6. Por exemplo, cada compartimento pode compreender um ou mais sinos. 6. Portanto, uma sequência de compartimentos definida pelas divisórias 10, que podem ser caracterizadas por diferentes concentrações de EPSs, é atingida.

[0075] Para aumentar este efeito, como mostrado na variante da Figura 2A, em um ou mais destes compartimentos pode estar presente uma tubulação 50, para recircular o lodo mais leve e as EPSs hidrof óbicas, que estão, portanto, localizados na proximidade ou na superfície da mistura a ser tratada.

[0076] Em particular, a tubulação 50 compreende uma seção ou abertura de entrada 51 disposta de modo a canalizar dentro dela o iodos mais leve e/ou as EPSs hidrofóbicas da superfície da mistura. Em particular, a abertura de entrada 51 está voltada para cima e a extremidade da tubulação 50 está abaixo da superfície livre do fluido. A tubulação 50 flui para um compartimento que está a montante, do ponto de vista hidráulico, em relação àquele no qual a seção de entrada 51 da tubulação 50 é proporcionada.

[0077] A recirculação é tipicamente realizada por meio da depressão criada após a insuflação de ar no ponto de entrada de ar ou abertura 52 na parte da linha

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21/29 ascendente da tubulação 50, i.e., onde o fluido é dirigido para cima. Em particular, um tubo 53 conecta a tubulação 50, no ponto de entrada de ar 52, ao sistema de distribuição de ar 70.

[0078] De preferência, para as modalidades das Figuras 1, 2 e 2A, na parte final do tanque 1 (i.e., a jusante da circulação hidráulica) existe uma zona 55 de calma parcial durante o funcionamento do aparelho, na qual ocorrem a separação da fase liquida da fase do lodo, por meio de sedimentação e filtração, e a formação de uma camada fluida de lodo granular 5, capaz de filtrar fisicamente o fluxo hidráulico que sai do reator.

[0079] Essa zona 55 é de preferência delimitada pelo defletor 4 e pela parede 31 do tanque, que delimitam uma abertura inferior. A divisória pode ser substancialmente perpendicular ao fundo do tanque ou inclinada. Por meio disso, a camada de lodo granular garante a filtragem do efluente, assim como garantindo uma maior permanência das EPSs no tanque, uma vez que, naturalmente ou após a flotação produzida pelas bolhas de ar, elas tendem a se organizar na parte superior do tanque, ou do compartimento onde o tal defletor 4 está posicionado. Em particular, o componente hidrofóbico das EPSs está disposto na parte superior do tanque.

[0080] A presença do defletor 4 e do leito de lodo granular fluido 5 permite também reter, dentro do tanque, as substâncias flutuantes e a cinza formadas durante a etapa de lise celular, impedindo que flutuem para o tubo de saída 3 no fluxo. A sua flotação também é facilitada pela distribuição de microbolhas de ar dentro do

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22/29 tanque .

[0081] Com referência agora à Figura 3, um esquema da planta de purificação que inclui um ou mais aparelhos de acordo com a presente invenção é mostrado diagramaticamente, a título de explicação.

[0082] As partes ou seções de tratamento da planta, que, na Figura, são mostradas com uma linha quebrada, indicam a sua possibilidade de serem omitidas como resultado de ter feito a modificação na planta pela inclusão do aparelho da presente invenção.

[0083] De fato, dado o alto potencial de oxidação do aparelho da presente invenção, a presença do decantador primário, a montante do tanque 1, não é necessária. Além disso, dada a capacidade do lodo granular de realizar a nitrificação e a desnitrificação dentro do próprio grânulo de lodo, a presença do compartimento de desnitrificação pode não mais ser necessária.

[0084] No caso de incluir o aparelho da presente invenção dentro de uma planta de purificação de lodo ativo existente, a sedimentação pode ser realizada dentro do próprio tanque 1. O decantador secundário, a jusante do tanque 1, pode não ser necessário.

[0085] Com referência agora às Figuras 4A e 4B, uma primeira modalidade de um sino de oxidação 6 é mostrada diagramaticamente.

[0086] Em geral, de acordo com a presente invenção, o sino 6 tem preferivelmente uma razão entre a seção de entrada 61, ou área da abertura de entrada 61, e a seção de saída 62, ou área das aberturas de saída 62, do líquido que pode variar preferivelmente de 100:1 a 100:10

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de acordo	com	o	potencial	de	oxidação	requerido.	A
superfície	total	de	saída é	dada	pela soma	das áreas	das
aberturas	62 .
	[0087]	De	acordo	com	esta	modalidade,	é

proporcionada a possibilidade de variar a razão de redução das áreas anteriormente mencionada por meio dos respectivos dispositivos de ajuste 64 localizados diretamente nos tubos de saída 65 (melhores descritos abaixo) da mistura de águaar. Tais dispositivos de ajuste 64, de preferência, operam variando a seção interna de cada tubo 65. A razão anteriormente mencionada entre as áreas pode, portanto, ser variada, permanecendo ainda de pelo menos 5:1, preferivelmente entre os limites 100:1 - 100:10.

[0088] Alternativamente, o mesmo resultado pode ser obtido por meio de um único dispositivo de ajuste centralizado montado sobre o topo do sino (não mostrado nestas figuras).

[0089] Alternativamente, um resultado semelhante pode ser obtido ajustando a vazão do ar insuflado no/s difusor/es 70.

[0090] Mais em pormenor, o sino 6 tem um bordo inferior que é de preferência circular, que delimita a abertura 61 (seção de entrada) para deixar entrar o líquido. Um lastro 63 para estabilizar o sino 6 é fixado ao bordo. Em tal caso, tipicamente, é proporcionado pelo menos um elemento flutuante 60, fixado na parte superior do sino 6.

[0091] Tipicamente, é providenciado que o flutuador 60 seja disposto e configurado de modo que o sino 6 esteja parcial ou totalmente submerso, em particular, no

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24/29 seu desenvolvimento, e que os tubos 65 estejam preferivelmente localizados sob a superfície livre do fluido (ver as Figuras 1 e 2) . Deve ser observado que um perito na técnica é capaz de determinar as características e a posição do flutuador para obter tal resultado.

[0092] Tipicamente, a extremidade inferior do sino é disposta a uma distância entre 30 cm e 1 m do fundo do tanque. O diâmetro interno D do sino na seção inferior depende do tamanho do tanque e das características do esgoto a ser purificado. De preferência, o diâmetro interno do sino 6 na seção inferior 61 é de entre 0,5 m e 5 m. Na parte superior do sino 6 é proporcionado pelo menos um tubo de saída 65, o qual delimita uma respectiva abertura 62. Por exemplo, podem ser proporcionados dois ou quatro tubos de saída 65. Cada tubo de saída 65 se ramifica a partir da parte superior do sino, que tem um diâmetro interno menor do que o diâmetro interno da seção 61. De preferência, cada tubo de saída 65 estende-se a partir da parede lateral 67 do sino 6, em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo vertical X do respectivo sino 6. De preferência, quando forem proporcionados quatro tubos de saída 65, eles são alinhados dois a dois, de modo a formar substancialmente uma cruz. De um modo preferido, o diâmetro interno D de cada tubo de saída 65 e da respectiva abertura está entre 5 e 20 cm.

[0093] De um modo preferido, o extradorso de cada tubo de saída 65 está disposto por baixo da superfície livre do líquido no tanque e a uma distância da superfície livre do líquido de entre 5 e 100 cm.

[0094] Neste caso, sendo proporcionadas duas ou

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25/29 quatro aberturas de saida 62, a superfície total de saída é dada pela soma das áreas de cada seção de saída 62, líquida de quaisquer constrições feitas para operar o ajuste da vazão anteriormente mencionado.

[0095] De acordo com esta modalidade, o sino 6 está configurado para flutuar. Alternativamente, pode ser estabelecido que o sino se apoie ou esteja ancorado no fundo do tanque. Nesse caso, o sino pode proporcionar bases de suporte especiais (não mostradas na Figura).

[0096] Com referência agora às Figuras 5A e 5B, uma segunda modalidade de um sino de oxidação 106 é mostrada diagramaticamente.

[0097] Para clareza ilustrativa, as partes iguais terão os nomes iguais e a sua descrição detalhada é omitida pelo presente porque dada anteriormente.

[0098] De acordo com esta modalidade, o sino 106 é desprovido de qualquer dispositivo para o ajuste da vazão que sai, i.e., os dispositivos 64 da modalidade anterior. Em particular, o sino 106 tem uma razão das seções de entrada 61 e de saída 62 da mistura de água-ar que é estabelecida como constante, i.e., não variável durante a operação. De acordo com os requisitos de operação de uma dada planta, essa razão entre as superfícies de entrada 61 e de saída 62 do esgoto é estabelecida durante a etapa de construção do sino 6 e é pelo menos de 5:1, ou em outras palavras, a área da primeira abertura 61 é pelo menos 5 vezes maior do que a área da segunda abertura 62. De preferência, a razão entre a área da primeira abertura 61 e a área da segunda abertura 62 é de entre 100:1 e 100:10, de acordo com o potencial de oxidação requerido.

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26/29 [0099] Neste caso, o potencial de superoxidação do sino pode ser ajustado variando a quantidade de ar insuflado por meio do/s difusor/es 70. Para o funcionamento do sistema, os tubos de saída 65 estão preferivelmente localizados por baixo da superfície livre do líquido (Figuras 1 e 2) e têm a função de facilitar a mistura da mistura, transportando o fluxo para longe do sino 106.

[0100] Como na modalidade anteriormente descrita do sino, a extremidade inferior do sino é, de preferência, disposta a uma distância entre 30 cm e 1 m do fundo do tanque. O diâmetro interno D do sino 106 na seção inferior depende do tamanho do tanque e das características do esgoto a ser purificado. De preferência, o diâmetro interno D do sino 6 na seção inferior 61 é de entre 0,5 m e 5 m. Na parte superior do sino 106 é proporcionado pelo menos um tubo de saída 65 para a mistura, que delimita uma abertura respectiva. Por exemplo, podem ser proporcionados dois ou quatro tubos de saída 65. Cada tubo de saída 65 se ramifica a partir da parte superior do sino, que tem um diâmetro interno menor do que o diâmetro interno da seção 61. De preferência, cada tubo de saída 65 estende-se em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo vertical X do respectivo sino 6. De preferência, quando forem proporcionados quatro tubos de saída 65, eles estão alinhados dois a dois, de modo a formar substancialmente uma cruz. De preferência, o diâmetro interno D de cada tubo de saída 65 é entre 5 e 20 cm.

[0101] A superfície total de saída é dada pela soma das áreas das aberturas 62.

[0102] Também para esta modalidade, uma

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27/29 aplicação flutuante é mostrada nas Figuras, porém, alternativamente, o sino pode se apoiar sobre o fundo do tanque, sendo provido com bases de suporte consagradas.

[0103] Com referência agora às Figuras 6A e 6B, uma terceira modalidade de um sino de oxidação 206 é mostrada diagramaticamente.

[0104] Para clareza ilustrativa, as partes iguais terão os nomes iguais e a sua descrição detalhada é omitida pelo presente porque dada anteriormente.

[0105] De acordo com esta modalidade, o sino não possui os tubos de salda anteriormente descritos. O sino 206 é provido com uma abertura 62', oposta à abertura inferior 61. Em particular, o bordo superior do sino que delimita a abertura 62' tem um diâmetro interno menor do que o diâmetro interno D do bordo inferior do sino 206, o qual delimita a abertura inferior 61.

[0106] De modo semelhante às modalidades anteriores, também esta modalidade estabelece que a razão entre a seção de entrada 61 e a seção de salda 62 do liquido é pelo menos de 5:1, de preferência de entre 100:1 e 100:10.

[0107] Para o funcionamento, a superfície de saída superior 62 da mistura de água/ar está preferivelmente localizada, também neste caso, abaixo da superfície livre da mistura. Neste caso, o potencial de superoxidação do sino pode ser ajustado variando a quantidade de ar insuflado por meio do/s difusor/es 70.

[0108] As Figuras mostram uma aplicação flutuante. Alternativamente, o sino pode se apoiar sobre o fundo do tanque por meio de bases de suporte especiais (não

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28/29 mostradas nas Figuras).

[0109] Deve ser observado que, embora a descrição tenha sido dada com referência particular a estruturas em forma de sino, as estruturas podem também ter uma forma diferente, por exemplo, frustocônica.

Vantagens [0110] O sistema da presente invenção tem muitas vantagens.

[0111] De acordo com um aspecto vantajoso, a substância orgânica pode ser degradada na solução aquosa por meio de um sistema de lodo granular aeróbico cultivado em suspensão, caracterizado por custos de energia reduzidos e alta velocidade de separação entre o lodo ativo e a água purificada.

[0112] De acordo com outro aspecto vantajoso, o sistema pode ser facilmente adaptado para modificar as plantas existentes de purificação de iodos ativos.

[0113] De acordo com outro aspecto vantajoso, pode ser constituído um sistema de fase aquosa para a oxidação de baixo custo da fração de resíduos orgânicos.

[0114] De acordo com outro aspecto vantajoso, pode ser permitida a oxidação química e bioquímica de esgotos fortemente poluentes de origem orgânica.

[0115] De acordo com outro aspecto vantajoso, pode ser possível operar com considerável potencial de oxidação localizado e, ao mesmo tempo, com reduzido consumo de energia.

[0116] De acordo com outro aspecto vantajoso, pode ser possível operar em um reator de alimentação contínua ao invés de no modo intermitente de enchimento e

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29/29 esvaziamento e controlar a concentração das EPSs no tanque, mantendo-a dentro de uma faixa ideal e ativando a sua produção quando abaixo dessa faixa.

[0117] De acordo com outro aspecto vantajoso, o

lodo excedente pode ser transformado em

EPSs dentro dos

tanques de oxidação de plantas de purificação de lodo ativo

ou nos tanques de digestão aeróbica do

lodo das mesmas

plantas.

[0118] De acordo com outro aspecto vantajoso, o

lodo excedente de plantas de purificação	de Iodos ativos
pode ser provido com melhores condições	de desidratação
mecânica em virtude da presença das EPSs	que favorecem a

floculação do lodo e, portanto, uma utilização reduzida de produtos de espessamento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um aparelho para degradar a fração orgânica do esgoto por meio de biomassa ativa, em particular partículas de lodo ativo, compreendendo:

- pelo menos um tanque (1) adaptado para conter o esgoto e a dita biomassa ativa;

- pelo menos uma estrutura oca (6, 106, 206), adaptada para estar pelo menos parcialmente imersa no esgoto, provida com pelo menos uma primeira abertura (61) para deixar entrar o esgoto e com pelo menos uma segunda abertura (62) para deixar sair o esgoto, em que a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura (61) e a área da pelo menos uma segunda abertura (62) é igual a pelo menos 5:1;

- meios de distribuição de ar (7, 70) adaptados para introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206);

em que a dita pelo menos uma primeira abertura (61) está próxima dos ditos meios de distribuição de ar (7, 70) e a dita pelo menos uma segunda abertura (62) está distai dos ditos meios de distribuição de ar (7, 70), de modo que os meios de distribuição de ar (7, 70) são adaptados para gerar um fluxo de esgoto a partir da dita pelo menos uma primeira abertura (61) para a dita pelo menos uma segunda abertura (62).
2. Um aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que a dita pelo menos uma estrutura oca (6, 106, 206) é em forma de sino.
3. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a razão entre a área da

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2/4 pelo menos uma primeira abertura (61) e a área da pelo menos uma segunda abertura (62) está entre 100:10 e 100:1.
4. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que, quando for proporcionada mais do que uma segunda abertura (62), a razão entre a área da pelo menos uma primeira abertura (61) e a soma das áreas das segundas aberturas (62) é igual a pelo menos 5:1, de preferência é entre 100:10 e 100:1.
5. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) tem uma parede lateral, e em que a dita pelo menos uma primeira abertura (61) é delimitada por uma extremidade inferior da parede lateral.
6. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que é proporcionada uma segunda abertura (62) delimitada por uma extremidade superior da parede lateral da pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) .
7. Um aparelho de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6, em que é proporcionado pelo menos um tubo de saída (65) que se estende transversalmente a partir da parede lateral da pelo menos uma estrutura (6, 106,

206), em que o dito pelo menos um tubo de saída (65) se comunica com o interior da pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) e delimita uma segunda abertura (62).
8. Um aparelho de acordo com a reivindicação 7, em que são proporcionados pelo menos dois tubos de saída (65), em que cada um dos pelo menos dois tubos de saída (65) delimita uma segunda abertura (62) respectiva.
9. Um aparelho de acordo com qualquer uma das

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3/4 reivindicações anteriores, em que a pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) é provida com meios de ajuste da vazão (64), configurados para ajustar a vazão do esgoto que sai da pelo menos uma segunda abertura (62).
10. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) compreende um corpo flutuante (60) configurado para fazer a pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) flutuar no esgoto.
11. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a dita primeira abertura (61) é delimitada por uma parte da estrutura tendo um diâmetro interno maior do que o restante da estrutura.
12. Um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que é proporcionada pelo menos uma divisória (10), pelo menos parcialmente imersa no esgoto, que divide o tanque (1) em compartimentos que se comunicam mutuamente, e preferivelmente em que é proporcionada pelo menos uma tubulação (5), para recircular o fluido de um compartimento para outro compartimento.
13. Um método para degradar a fração orgânica de esgoto por meio de biomassa ativa, em particular partículas de lodo ativo, em que um aparelho é proporcionado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, o método compreendendo as etapas de:

a) introduzir o esgoto no tanque (1) de modo que a dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) esteja pelo menos parcialmente imersa no esgoto;

b) introduzir ar dentro da dita pelo menos uma estrutura (6, 106, 206) usando os meios de distribuição de

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4/4 ar (7, 70), de modo a gerar um fluxo de esgoto da dita primeira abertura (61) para a dita pelo menos um segunda abertura (62) usando os ditos meios de distribuição de ar (7, 70) .