BR112020023129A2

BR112020023129A2 - Tratamento de águas residuais contendo fosfato e métodos para controle de partículas finas

Info

Publication number: BR112020023129A2
Application number: BR112020023129-0A
Authority: BR
Inventors: Melahalli Sathyanarayana Ram Prasad; Ahren Britton; Mikaela Verigin
Original assignee: Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc.
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2021-04-06
Also published as: AU2019268813A1; CA3099250A1; EP3793950A4; EP3793950A1; CN112119041A; US20210205731A1; MX2020012190A; WO2019218075A1

Abstract

tratamento de águas residuais contendo fosfato e métodos para controle de partículas finas. métodos e aparelhos para precipitar materiais dissolvidos de uma solução aquosa são fornecidos. em uma forma de realização, o método compreende: a introdução da solução aquosa em um reator e a introdução de uma fonte de magnésio (mg) no reator em uma quantidade suficiente para fazer com que os materiais dissolvidos precipitem em cristais. a fonte de mg é introduzida no reator na forma de partículas de um material contendo mg. a fonte de mg tem uma solubilidade na solução aquosa menor que cerca de 1 g/l. alternativamente, a concentração de mg no reator é menor que cerca de 0,03 mol/l. em uma forma de realização, o aparelho compreende um tanque de reação tendo uma entrada e uma saída e um tanque de hidratação associado ao tanque de reação e configurado para hidratar uma fonte de mg em um solvente aquoso e introduzir a fonte de mg como uma pasta fluida hidratada no tanque de reação.

Description

1 / 46 “TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS CONTENDO FOSFATO E MÉTODOS PARA CONTROLE DE PARTÍCULAS FINAS” Campo Técnico

[001] A invenção se refere a aparelhos e métodos para precipitar materiais dissolvidos. Algumas formas de realização fornecem aparelhos e métodos para cristalizar materiais, tal como estruvita, de soluções aquosas, tal como águas residuais ou água de processo. Por exemplo, algumas formas de realização se referem a aparelhos e métodos para precipitar materiais dissolvidos para formar cristais enquanto controlam partículas finas. Antecedentes

[002] Reatores em geral e reatores de leito fluidizado, em particular, têm sido usados para remover e recuperar fósforo de soluções como águas residuais e água de processo. As soluções aquosas de algumas fontes contêm concentrações significativas de fósforo, geralmente na forma de fosfato. Essas soluções aquosas podem vir de uma ampla variedade de fontes. Isso inclui fontes, tais como, lixiviação de aterros sanitários, escoamento de terras agrícolas, efluentes de processos industriais, água de processos industriais, águas residuais municipais, dejetos de animais, água de tanques de fosfogesso e semelhantes. Essas soluções aquosas, se liberadas no ambiente sem tratamento, podem resultar em níveis excessivos de fósforo nas águas receptoras.

[003] Existem várias tecnologias de remoção e recuperação de fósforo. Algumas das tecnologias fornecem reatores de leito fluidizado para a remoção de fósforo de soluções aquosas pela produção de estruvita (MgNH4PO4•6H2O) ou um análogo de estruvita ou um composto de fosfato na forma de grânulos. O magnésio pode ser adicionado ao reator para formar estruvita. A estruvita pode ser formada pela reação: Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H20 ↔ MgNH4PO4•6H2O

[004] Koch et al., Fluidized Bed Wastewater Treatment, Patente US

2 / 46 N 7622047, descreve exemplos de reatores e métodos que podem ser aplicados para remover e recuperar fósforo de soluções aquosas.

[005] Uma dificuldade às vezes exibida nas reações de cristalização é que os tamanhos das partículas produzidas pela reação podem não ser desejados. Por exemplo, sob certas condições operacionais, um reator pode produzir uma grande quantidade de cristais muito pequenos (“partículas finas”), onde cristais maiores são desejados. A produção excessiva de partículas finas pode resultar em baixa captura de fosfato, uma vez que a produção de partículas finas pode ser realizada com efluente de um reator de cristalização. Os tamanhos dos cristais são afetados por uma ampla faixa de fatores, incluindo condições de fluxo, composição química, temperatura, etc. Por exemplo, se a carga (isto é, a massa de fósforo (PO4-P) adicionada a um reator (ou porção do mesmo) por unidade de tempo) for muito alto, então partículas finas indesejáveis serão formadas. As limitações de carga impactam o volume da solução aquosa que pode ser tratada por unidade de tempo, impactando assim a produção de estruvita em função do tempo.

[006] As referências que descrevem vários processos de cristalização incluem: US8245625; US7942939; WO2006082341; US6946572; US6364914; WO9837938; US4666527; US3419899; US2209019; US4159194; US4263010; US5124265; US6660049; US5663456; AU2004320909; WO2012022099; WO2012134255.

[007] Permanece uma necessidade de reatores e métodos eficazes para remover e recuperar materiais dissolvidos de soluções. Permanece uma necessidade particular de reatores eficazes e métodos adequados para preparar grandes partículas de substâncias marginalmente solúveis, tais como, estruvita, análogos de estruvita e fosfato de cálcio.

[008] Os exemplos anteriores da técnica relacionada e as limitações relacionadas aos mesmos se destinam a ser ilustrativos e não exclusivos. Outras limitações da técnica relacionada se tornarão evidentes para aqueles habilitados

3 / 46 na técnica após uma leitura do relatório descritivo e um estudo dos desenhos. Sumário

[009] As seguintes formas de realização e aspectos das mesmas são descritas e ilustradas em conjunto com aparelhos, sistemas, ferramentas e métodos que se destinam a ser exemplares e ilustrativos, não limitando o escopo. Em várias formas de realização, um ou mais dos problemas descritos acima foram reduzidos ou eliminados, enquanto outras formas de realização são direcionadas a outras melhorias.

[0010] Aspectos da presente invenção se referem a aparelhos e métodos para precipitar materiais dissolvidos. O aparelho e os métodos têm aplicação exemplificativa para o crescimento de cristais de materiais, tais como, estruvita, análogos de estruvita e fosfato de cálcio.

[0011] Aparelhos e métodos de acordo com algumas formas de realização operam para crescer partículas, evitando ou minimizando a produção de partículas finas, por meio da injeção de uma pasta fluida aquosa de uma fonte de baixa solubilidade de magnésio (Mg). Ao manter uma baixa concentração de partículas finas, as taxas de crescimento de partículas maiores podem ser intensificadas e a perda de fósforo por meio de partículas finas pode ser minimizada ou eliminada.

[0012] Alguns aspectos da invenção fornecem métodos nos quais um reator é operado sob condições de alto crescimento. Por exemplo, as condições de alto crescimento podem corresponder às condições de carga para uma substância sendo produzida. Em algumas formas de realização, o carregamento está acima de um limiar para atingir uma alta taxa de crescimento de cristais. Por exemplo, em algumas formas de realização, a carga pode ser 5 g de PO4- P/min/m3 ou mais ou 50 g de PO4-P/min/m3 ou mais ou 100 g de PO4-P/min/m3 ou mais ou 250 g de PO4-P/min/m3 ou mais em um reator (ou uma porção do reator).

[0013] Em algumas formas de realização, uma razão de

4 / 46 superssaturação (razão do produto das concentrações dos constituintes da substância para o produto de concentrações correspondentes ao equilíbrio) está acima de um limiar para atingir uma alta taxa de crescimento de cristais. Por exemplo, em algumas formas de realização, a razão de superssaturação para estruvita ou outro material sendo cristalizado pode ser 2 ou mais ou 3 ou mais ou 5 ou mais no reator. Em algumas formas de realização, a substância é moderadamente solúvel em solução aquosa. A concentração de partículas finas pode ser mantida abaixo de um limiar, mantendo assim uma taxa de crescimento de partículas maiores, por meio da injeção de uma pasta fluida aquosa de uma fonte de baixa solubilidade de magnésio (Mg) no reator (ou porção do reator), como descrito nesse documento.

[0014] Em algumas formas de realização, o método para precipitar materiais dissolvidos de uma solução aquosa envolve a introdução da solução aquosa contendo os materiais dissolvidos em um reator e a introdução de uma fonte de magnésio (Mg) no reator. A fonte de Mg é introduzida em uma quantidade suficiente para fazer com que os materiais dissolvidos na solução aquosa precipitem em cristais. A fonte de Mg pode, por exemplo, estar na forma de partículas de um material contendo Mg. A fonte de Mg pode, por exemplo, ter uma solubilidade na solução aquosa menor que cerca de 1 g/L e/ou a concentração de Mg no reator que está disponível para a reação para produzir estruvita (incluindo sólidos nas partículas de material contendo Mg) pode ser menor que cerca de 0,03 mol/L.

[0015] Em algumas formas de realização, a fonte de Mg é introduzida no reator como uma pasta fluida. A pasta fluida pode ser preparada adicionando água à fonte de Mg e embebendo a fonte de Mg por um tempo de hidratação antes de introduzir a pasta fluida hidratada no reator. A fonte de Mg pode, por exemplo, ter uma solubilidade em solvente aquoso de cerca de 5 mg/L a cerca de 500 mg/L, ou cerca de 5 mg/L a cerca de 150 mg/L. A concentração de Mg no reator pode ser de cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,03 mol/L após a

5 / 46 introdução da pasta fluida. A fonte de Mg pode, por exemplo, ter um tamanho de partícula menor que 50 µm, ou cerca de 10 µm a cerca de 30 µm, ou cerca de 100 mesh a cerca de 400 mesh ou cerca de 17SGN a 100 SGN, por exemplo.

[0016] Em algumas formas de realização, o método inclui adicionalmente manter a solução aquosa a um pH maior que cerca de 7. Em algumas formas de realização, o pH da solução aquosa é mantido adicionando um ácido ou uma base à pasta fluida hidratada. Em algumas formas de realização, o pH da solução aquosa é mantido controlando a quantidade da fonte de Mg presente na solução aquosa. A quantidade da fonte de Mg presente na solução aquosa pode ser controlada pelas etapas de: medir um pH da solução aquosa em tempo real, comparar o pH medido com um pH alvo (ou “ponto de ajuste” de pH) e ajustar o pH introduzindo a fonte de Mg na solução aquosa de modo que o pH da solução aquosa seja controlado para ser igual ou próximo ao pH alvo. Em algumas formas de realização, a fonte de Mg é introduzida no reator em um intervalo de tempo predefinido, tais como intervalos de cerca de 30 segundos a cerca de 5 minutos.

[0017] Em algumas formas de realização, a fonte de Mg é uma fonte de baixa solubilidade de Mg. A fonte de baixa solubilidade de Mg pode, por exemplo, ser MgO, Mg (OH) 2 ou um carbonato de magnésio. Exemplos de carbonato de magnésio podem incluir um ou mais de sal anidro de magnesita (MgCO3), barringtonita (MgCO3•2H2O), nesquehonita (MgCO3•3H2O), lansfordita (MgCO3•5H2O), artinita (MgCO3•Mg(OH)2•3H2O), hidromagnesita (4 MgCO3Mg(OH)2•4H2O), dippingita (4 MgCO3Mg(OH)2•5H2O), cal dolomítica, e calcário.

[0018] Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg é MgO. O MgO pode ser preparado de qualquer maneira adequada. Em algumas formas de realização, o MgO é preparado a uma temperatura de calcinação por um período de tempo suficiente para produzir partículas de MgO. A temperatura de calcinação pode, por exemplo, estar na faixa de cerca

6 / 46 de 600 C a cerca de 1200 C. O período de tempo usado para produzir partículas de MgO pode, por exemplo, estar na faixa de cerca de 1 a 3 horas. O tempo de hidratação pode ser, por exemplo, entre cerca de 15 minutos e cerca de 36 horas.

[0019] Em algumas formas de realização, um ácido é adicionado à pasta fluida hidratada antes de introduzir a pasta fluida hidratada no reator. O ácido pode, por exemplo, ser adicionado em cerca de 0,4:1 equivalentes molares. O ácido pode ser um ácido forte, tal como qualquer um de ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido nítrico (HNO3). Em algumas formas de realização, o ácido é um ácido fraco, tal como qualquer um de ácido acético, ácido cítrico ou ácido oxálico.

[0020] Em algumas formas de realização, a fonte de Mg reage com a solução aquosa por um tempo de reação de cerca de 30 minutos a cerca de 60 minutos.

[0021] Em algumas formas de realização, a solução aquosa tem uma concentração de fósforo na faixa de cerca de 40 mg/L a cerca de 10.000 mg/L.

[0022] Em algumas formas de realização, uma fonte de alta solubilidade de Mg, tal como MgCl2 ou MgSO4, é introduzida no reator, além da introdução da fonte de baixa solubilidade de Mg. A fonte de alta solubilidade de Mg e a fonte de baixa solubilidade de Mg podem ser introduzidas no reator ao mesmo tempo.

[0023] Alguns aspectos da invenção fornecem um reator do tipo de leito fluidizado para precipitar materiais dissolvidos de uma solução aquosa. O reator de leito fluidizado pode compreender um tanque de reação e um tanque de hidratação. O tanque de reação pode incluir uma entrada e uma saída. O tanque de hidratação pode ser associado ao tanque de reação e configurado para hidratar uma fonte de magnésio (Mg) em um solvente aquoso e introduzir a fonte de Mg como uma pasta fluida hidratada no tanque de reação. Em algumas formas de realização, o reator inclui adicionalmente uma válvula de controle.

7 / 46 A válvula de controle pode ser configurada para controlar um fluxo da pasta fluida hidratada do tanque de hidratação para o tanque de reação. Em algumas formas de realização, o reator inclui adicionalmente um trajeto de reciclo. O trajeto de reciclo pode ser configurado para pegar uma solução de uma parte do tanque de reação e retornar pelo menos uma parte da solução removida para outra parte do tanque de reação. O trajeto de reciclo pode incluir opcionalmente um tanque de tratamento de partículas finas. Em algumas formas de realização, um dispositivo de separação de sólidos está a montante do tanque de tratamento de partículas finas. O dispositivo de separação de sólidos pode ser configurado para separar sólidos de líquido no trajeto de reciclo.

[0024] Em algumas formas de realização, o reator inclui adicionalmente uma sonda de pH. A sonda de pH pode ser configurada para medir um pH do solvente aquoso no tanque de reação. Em algumas formas de realização, um controlador pode ser configurado para receber uma entrada da sonda de pH. O controlador pode ser configurado para controlar a abertura e o fechamento da válvula de controle em resposta a um desvio do pH do solvente aquoso no tanque de reação de um ponto de ajuste de pH desejado.

[0025] Em algumas formas de realização, o tanque de hidratação inclui um primeiro injetor de ácido. O primeiro injetor de ácido pode ser configurado para dosar de forma controlada um ácido na pasta fluida no tanque de hidratação. Em algumas formas de realização, o reator inclui um segundo injetor de ácido. O segundo injetor de ácido pode ser configurado para dosar de forma controlada um ácido no fluxo de solução no trajeto de reciclo. O reator também pode incluir um injetor de base. O injetor de base pode ser configurado para dosar de forma controlada uma base no fluxo de solução no tanque de reação. Em algumas formas de realização, o injetor de base está localizado a jusante do injetor de ácido no trajeto de reciclo.

[0026] Outro aspecto fornece um método para preparar estruvita ou um análogo de estruvita. O método compreende fornecer um vaso de reator em que,

8 / 46 em pelo menos uma porção do vaso de reator, uma área da seção transversal do vaso de reator aumenta com a elevação e mantendo um leito fluidizado segregado por tamanho de grânulos na porção do vaso de reator escoando uma solução compreendendo fosfato para cima através da porção do reator. Uma velocidade de fluido para cima da solução escoante diminui com a elevação na parte do reator. O método introduz partículas finas de uma fonte de magnésio de baixa solubilidade no reator e permite que as partículas finas se dispersem no leito fluidizado. Parte dos grânulos é removida do leito fluidizado. As partículas finas podem compreender, por exemplo, óxido de magnésio. As partículas finas podem, por exemplo, ter tamanhos de SGN 100 ou menos. As partículas finas podem, por exemplo, ter diâmetros de 0,1 mm ou menos.

[0027] No método, o pH pode ser mantido em um ponto de ajuste de pH que é igual ou maior que pH 7,5 em pelo menos uma parte do vaso do reator. O ponto de ajuste de pH pode ser pelo menos pH 8 em alguns casos.

[0028] O método pode envolver o reciclo da solução no vaso do reator através de um trajeto de reciclo que se estende de uma elevação no vaso do reator acima do leito fluidizado até uma elevação no vaso do reator que está abaixo do leito fluidizado. Opcionalmente, o método inclui a captura ou redissolução de partículas de estruvita no trajeto de reciclo.

[0029] As partículas finas de uma fonte de baixa solubilidade de magnésio podem ser introduzidas no vaso do reator como uma pasta fluida das partículas finas. A pasta fluida pode ser hidratada antes de ser introduzida no vaso do reator. A hidratação pode ser realizada misturando as partículas finas com solvente aquoso (por exemplo, água) e permitindo que as partículas permaneçam em contato com a água por um período de pelo menos alguns minutos antes de introduzir a pasta fluida no vaso do reator. A pasta fluida pode ser injetada no vaso do reator em uma localização abaixo do leito fluidizado. Em alguns casos, um ácido é misturado com a pasta fluida antes de introduzir a pasta fluida no vaso do reator. Um pH em uma localização no vaso do reator

9 / 46 pode ser controlado pela adição controlada da pasta fluida. Em alguns casos, os tampões de pasta fluida em um pH alcalino (por exemplo, pelo menos pH 7,5 ou pelo menos cerca de pH 8).

[0030] Além dos aspectos e das formas de realização de exemplo descritos acima, outro(a)s aspectos e formas de realização se tornarão evidentes por referência aos desenhos e pelo estudo das seguintes descrições detalhadas. Breve descrição dos Desenhos

[0031] Formas de realização exemplificativas são ilustradas nas figuras referenciadas dos desenhos. Pretende-se que as formas de realização e figuras divulgadas nesse documento sejam consideradas ilustrativas em vez de restritivas.

[0032] A FIG. 1A é um diagrama esquemático de um aparelho de reator de exemplo de acordo com uma forma de realização de exemplo. A FIG. 1B é um diagrama esquemático de um aparelho de reator de exemplo de acordo com outra forma de realização de exemplo.

[0033] A FIG. 2 é um fluxograma de um método de acordo com uma forma de realização de exemplo.

[0034] A FIG. 3 é um gráfico que mostra a relação de remoção de fósforo (P) (%) em função do tempo de reação para uma solução aquosa tratada com fontes de Mg.

[0035] A FIG. 4 é um gráfico que mostra o efeito da temperatura na hidratação de uma pasta fluida aquosa de MgO.

[0036] A FIG. 5 é um gráfico que mostra o efeito de pastas fluidas aquosas de fontes de Mg na remoção de P (%).

[0037] A FIG. 6 é um gráfico que mostra o efeito de pastas fluidas aquosas de fontes de Mg na concentração final de Mg.

[0038] A FIG. 7 é um gráfico que mostra a relação de remoção de P (%) em função do tempo de hidratação para pastas fluidas aquosas de fontes de Mg.

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[0039] A FIG. 8 é um gráfico que mostra o efeito da temperatura de hidratação na remoção de P (%) por pastas fluidas aquosas de um produto de óxido de magnésio queimado leve derivado de minério de magnesita natural.

[0040] A FIG. 9 é um gráfico que mostra o efeito da temperatura de hidratação na remoção de P (%) por pastas fluidas aquosas de um produto de óxido de magnésio queimado leve derivado sinteticamente.

[0041] A FIG. 10 é um gráfico que mostra a relação de remoção de P (%) em função do tempo de reação para pastas fluidas aquosas de fontes de Mg.

[0042] A FIG. 11 é um gráfico que mostra a relação de remoção de P (%) em função do pH para pastas fluidas aquosas de fontes de Mg.

[0043] A FIG. 12 é um gráfico que mostra a relação de remoção de P (%) em função do tempo de reação para pastas fluidas aquosas de fontes de Mg. Descrição

[0044] Ao longo da descrição a seguir, detalhes específicos são estabelecidos a fim de fornecer uma compreensão mais completa para pessoas habilitadas na técnica. No entanto, elementos bem conhecidos podem não ter sido mostrados ou descritos em detalhes para evitar obscurecer desnecessariamente a divulgação. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerados em um sentido ilustrativo, em vez de restritivo.

[0045] Essa invenção se refere à cristalização de materiais a partir de solução. As formas de realização fornecem reatores e métodos de cristalização, bem como aparelhos e métodos para reduzir a concentração de partículas finas em reatores de cristalização. Outras formas de realização fornecem reatores de cristalização e métodos para o crescimento de cristais de materiais que têm baixa solubilidade (dos quais estruvita, análogos de estruvita e fosfato de cálcio são exemplos). A invenção pode ser aplicada para controlar partículas finas na cristalização de qualquer uma de uma ampla faixa de substâncias químicas a partir da solução. A precipitação de estruvita de soluções aquosas é usada nessa

11 / 46 divulgação como um exemplo de aplicação não limitativo da invenção.

[0046] Algumas formas de realização da invenção na descrição a seguir referem-se a reatores de cristalização e métodos em que o magnésio é adicionado para precipitar o fósforo em águas residuais na forma de estruvita ou análogos de estruvita ou um composto de fosfato. Por exemplo, algumas formas de realização fornecem reatores de cristalização e métodos nos quais o magnésio é adicionado para precipitar o fósforo da água residual na forma de estruvita (MgNH4PO4•6H2O) de acordo com a seguinte reação: Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H20 ↔ MgNH4PO4•6H2O

[0047] A estruvita pode ter a forma de grânulos. Os grânulos podem, por exemplo, ter tamanhos de cerca de 0,1 mm a 3 mm ou mais. Esses exemplos coincidem com formas de realização tendo utilidade comercial significativa. O escopo da invenção, no entanto, não está limitado a esses exemplos.

[0048] O termo “solução aquosa” ou “solução” é usado na seguinte descrição e reivindica incluir soluções aquosas, tais como, águas residuais industriais e municipais, água de processo industrial, lixívia, escoamento, resíduos animais, efluentes, água de reservatório de fosfogesso, ou semelhantes. Algumas formas de realização fornecem métodos para o tratamento de esgoto municipal e/ou resíduos animais. Algumas formas de realização fornecem métodos para tratar outros tipos de águas residuais. Algumas formas de realização fornecem métodos para cristalizar materiais usando carga de alimentação diferente de água residual.

[0049] O termo “carga” ou “carregamento” é usado na(s) seguinte(s) descrição e reivindicações para significar a massa de fósforo (PO 4-P) adicionada a um reator (ou porção do reator) por unidade de tempo.

[0050] O termo “saturação” é usado na seguinte descrição e nas reivindicações para significar uma solução em seu ponto de equilíbrio de solução que não pode dissolver mais de um soluto sob as condições presentes.

[0051] O termo “superssaturação” é usado na seguinte descrição e nas

12 / 46 reivindicações para significar uma solução contendo mais de um soluto dissolvido do que poderia ser dissolvido pelo solvente sob as condições presentes.

[0052] Um aspecto da invenção se refere a aparelhos e métodos para precipitar materiais dissolvidos, tais como, estruvita, análogos de estruvita, cálcio e fosfato. Alguns aspectos da invenção se referem a aparelhos e métodos para operar um reator sob condições de alto crescimento.

[0053] Em algumas formas de realização, o reator compreende um reator de leito fluidizado. Um exemplo de reator de leito fluidizado 12 é mostrado na FIG. 1. O reator 12 compreende uma entrada 14, uma saída 16 e um tanque de reação 18. Uma solução aquosa é introduzida no tanque de reação 18 através da entrada 14. A entrada 14 está abaixo da saída 16. O tanque 18 é construído de modo que o fluxo da solução aquosa no reator 12 seja geralmente para cima. Os cristais que podem se formar no reator 12 serão impelidos para cima e contra a força da gravidade pelo fluxo de fluido no reator 12. Os cristais podem crescer por aderência e/ou cristalização adicional. Onde a vazão diminui com a elevação no tanque 18, as partículas compostas de produto de cristalização tendem a ser classificadas por tamanho com as partículas maiores tendendo a estar localizadas nas partes inferiores do tanque 18 e as partículas menores tendendo a estar mais altas no tanque 18.

[0054] A solução aquosa flui para o tanque de reação 18 através da entrada 14 e flui para fora do tanque de reação 18 através da saída 16. Em algumas formas de realização, o reator 12 compreende uma pluralidade de entradas e/ou saídas.

[0055] A entrada 14 pode estar localizada, por exemplo, na ou perto da porção inferior do tanque de reação 18. A saída 16 pode estar localizada, por exemplo, na ou perto da porção superior do tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, a entrada 14 é orientada para ficar voltada para cima e um fluxo de solução introduzido da entrada 14 no tanque de reação 18 é

13 / 46 direcionado para cima.

[0056] Em algumas formas de realização, um método para preparar um produto cristalino inclui fornecer pelo menos uma espécie iônica que reage para formar o produto cristalino a partir de um material que produz a espécie iônica quando dissolvido onde o material tem uma baixa solubilidade. O material pode ser fornecido na forma de partículas finas. Por exemplo, quando o produto é estruvita, as espécies iônicas podem ser íons de magnésio (Mg +2) e o material pode ser óxido de magnésio (MgO) que tem uma baixa solubilidade em água. O MgO pode ser fornecido na forma de uma pasta fluida de partículas finas.

[0057] O reator 12 compreende um tanque de hidratação 40. Uma fonte de baixa solubilidade de Mg é introduzida no tanque de hidratação 40 através da entrada 42. Um solvente aquoso (por exemplo, água) é introduzido no tanque de hidratação 40 através da entrada 44. A fonte de baixa solubilidade de Mg é hidratada com o solvente aquoso por um período de tempo suficiente para hidratar a fonte de Mg para fornecer uma pasta fluida hidratada compreendendo íons de Mg+2 livres disponíveis em solução para produção de estruvita no tanque de reação 18. A pasta fluida hidratada é dispensada do tanque de hidratação 40 para o tanque de reação 18 através da entrada 46. A entrada 46 pode estar localizada, por exemplo, dentro ou perto da porção inferior do tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, a entrada 46 é direcionada para cima e o fluxo de uma pasta fluida hidratada introduzida da entrada 46 para o tanque de reação 18 é direcionado para cima.

[0058] Sob as condições de reação corretas, os cristais (por exemplo, cristais de estruvita ou outros compostos contendo fósforo em algumas formas de realização) se formam no tanque de reação 18 por meio da precipitação de materiais dissolvidos na solução (por exemplo, solução de água residual em algumas formas de realização). Os cristais podem crescer ao longo do tempo e podem ser classificados de acordo com o tamanho por diferenças nas velocidades do fluido em diferentes regiões dentro do tanque de reação. Por

14 / 46 exemplo, em algumas formas de realização, o fluido flui para cima no tanque de reação com uma velocidade que aumenta com a profundidade no tanque de reação (diminui com a elevação). Isso pode ser conseguido, por exemplo, fornecendo um tanque de reação tendo uma área em seção transversal que aumenta com a elevação acima da entrada e/ou fornecendo trajetos de reciclo (descritos em outro lugar nesse documento) tendo saídas em diferentes profundidades no tanque de reação 18.

[0059] Em tais formas de realização, as partículas compostas por cristais podem se mover para baixo à medida que crescem em tamanho (por exemplo, através de acreção e/ou agregação com outros cristais). As partículas podem, em última análise, entrar em uma zona de colheita no tanque de reação 18, do qual podem ser removidas para uso como fertilizante ou outras aplicações.

[0060] Em algumas formas de realização, o tanque de reação 18 compreende um conduto substancialmente orientado verticalmente tendo uma seção de colheita e duas ou mais seções sequenciais verticalmente acima da seção de colheita. Uma área da seção transversal do conduto pode aumentar, movendo-se do fundo do tanque de reação 18 em direção ao topo do tanque de reação 18. Por exemplo, a área da seção transversal pode aumentar entre as seções adjacentes. O número de seções no conduto pode ser variado. Em algumas formas de realização, a área da seção transversal aumenta gradativamente. Em algumas formas de realização, a área da seção transversal aumenta suavemente. Em algumas formas de realização, o tanque de reação 18 é em forma de cone ou em forma de chifre ou de outra forma configurado para ter uma área de seção transversal que aumenta suavemente com a elevação acima do fundo do tanque de reação 18. O tanque 18 pode ser redondo em seção transversal, mas não é necessariamente assim. A entrada 14 pode estar localizada dentro ou abaixo da seção de colheita, por exemplo.

[0061] Algumas formas de realização da presente invenção podem

15 / 46 compreender um reator de leito fluidizado do tipo descrito em Britton, publicação WO N 2012/119260, intitulada “Reactor for Precipitating Solutes from Wastewater and Associated Methods” e/ou do tipo descrito em Britton, et al., publicação WO N 2015/003265, intitulada “Reactor Apparatus and Methods for Fines Control” e/ou do tipo descrito em Koch et al., Patente US N 7622047, intitulada “Fluidized Bed Wastewater Treatment”, que são aqui incorporados por referência em sua totalidade para todos os fins.

[0062] Foi determinado que, em algumas aplicações, é desejável ser capaz de manter o controle do tamanho dos cristais do produto (por exemplo, cristais de estruvita, análogos de estruvita ou outros compostos contendo fósforo) que se formam no reator através da precipitação de materiais dissolvidos. Por exemplo, pode ser desejável precipitar e colher seletivamente cristais e/ou grânulos de produto relativamente grandes (por exemplo, cristais e/ou grânulos com um diâmetro ≥1 mm), onde os cristais de produto se agregam para formar grânulos de produto.

[0063] Um aspecto da invenção se refere a aparelhos e métodos que fornecem para o controle de partículas finas (partículas finas são cristais muito pequenos, por exemplo, cristais com um diâmetro ≤100 µm podem ser descritos como “partículas finas”) em um reator. Muitas partículas finas em um reator podem ter tamanhos na faixa de cerca de 1 µm a cerca de 10 µm.

[0064] Partículas finas podem ter uma razão extremamente grande de área superficial para massa em comparação com cristais maiores. Onde um grande número de partículas finas está presente em um reator de cristalização, uma alta proporção de crescimento de cristal pode ocorrer na superfície das partículas finas, reduzindo assim as taxas de crescimento de cristais maiores. Foi percebido que a produção de partículas finas em um reator pode resultar de zonas de alta superssaturação (excedendo os limites metaestáveis e resultando em nucleação primária ou secundária) ou do acúmulo de cristais previamente formados dentro do reator. Pode-se reduzir a produção de partículas finas

16 / 46 operando um reator com superssaturação muito baixa. No entanto, os cristais podem crescer lentamente sob tais condições. É desejável ser capaz de controlar o acúmulo de partículas finas dentro do reator, especialmente tamanhos de cristal de produto (por exemplo, ≥1 mm) quando grandes são desejados.

[0065] Foi percebido que um reator pode ser operado sob condições de carregamento crescentes, aumentando as concentrações de um ou mais dos constituintes do produto estruvita, análogo de estruvita ou outro composto contendo fósforo. Por exemplo, aumentar a concentração de íons de Mg +2 livre pode intensificar o crescimento do cristal.

[0066] Durante a operação do cristalizador de estruvita, e especialmente ao operar com soluções de carga de alimentação com alta concentração de fosfato (cargas de alimentação > 100 mg/L de PO4-P e particularmente > 2.000 mg/L de PO4-P), e/ou tempos de retenção hidráulica estendidos ( > 1 hora e particularmente > 12 horas) em um reator de leito fluidizado (tal como o reator 12), verificou-se que partículas finas (cristais com um diâmetro < 100 µm) tendem a se acumular no reator. Em alguns casos, dentro de um período de 6 a 12 horas de operação, quase toda(o) a(o) formação/crescimento do cristal pode ocorrer como partículas finas, seja por nucleação primária/secundária, ou devido ao crescimento ocorrendo principalmente na superfície de partículas finas existentes retidos no reator. Acredita-se que esse fenômeno pode ocorrer como resultado de uma combinação de nucleação secundária aumentada na presença de altos níveis de partículas finas combinadas com a esmagadora maioria da área superficial do cristal no reator estando na superfície de partículas finas (que têm razões muito maiores de área superficial para de volume do que cristais maiores e mais desejáveis com diâmetros de, por exemplo, 1-5 mm).

[0067] A taxa na qual as partículas finas se acumulam pode ser controlada até certo ponto (e o período, antes do qual a produção de partículas finas descontrolada começa, pode ser estendido), reduzindo a taxa de reação de

17 / 46 cristalização e/ou razão de superssaturação e/ou carregamento e/ou concentração de magnésio adicionado ao reator. No entanto, se quantidades significativas de partículas finas (por exemplo, > 5 mg/L de partículas finas sedimentadas como medidas no fluxo do trajeto de reciclo do reator, ou turbidez > 500 NTU) estavam presentes no reator, um aumento adicional na distribuição do tamanho do cristal ou no crescimento de cristais grandes pode ser significativamente prejudicado pela presença de um grande número de partículas finas.

[0068] Tipicamente, os processos de recuperação de cristal de estruvita usam fontes solúveis de Mg, tal como cloreto de magnésio (MgCl2) e/ou sulfato de magnésio (MgSO4), como uma fonte de Mg+2 livre para a produção de estruvita. Devido à alta solubilidade dessas fontes de Mg (MgCl2 tem uma solubilidade em água de cerca de 54 g/L), a introdução de MgCl 2 e/ou MgSO4 leva quase imediatamente a um aumento da concentração de íons de Mg+2 livres que aumentam a razão de superssaturação na área localizada onde a fonte de Mg foi introduzida. Assim, zonas de alta superssaturação podem ocorrer no reator (ou em porções do reator), produzindo partículas finas, como descrito em outro lugar nesse documento. Por exemplo, quando a fonte de Mg é MgCl 2, uma porção (por exemplo, cerca de 10-50%) dos cristais de estruvita produzidos pode estar presente como partículas finas (isto é, <20 µm de diâmetro). Essas partículas finas são muito pequenas para sedimentar eficazmente e serem retidas no reator e, portanto, removidas por lavagem do reator e são perdidas com o efluente tratado (isto é, perda de partículas finas).

[0069] Foi determinado empiricamente que quando uma fonte de Mg que tem uma solubilidade menor do que as fontes solúveis convencionais de magnésio (por exemplo, MgCl2 e/ou MgSO4) é usada, a produção de partículas finas é eliminada ou reduzida, mesmo sob carregamento aumentado. Consequentemente, um aspecto da invenção fornece métodos que compreendem a injeção de uma fonte de Mg de baixa solubilidade no reator

18 / 46 para recuperação de cristal de estruvita.

[0070] Em algumas formas de realização, os métodos compreendem uma etapa de hidratação de uma fonte de Mg de baixa solubilidade antes de injetar a pasta fluida hidratada resultante no reator (ou porção do reator). Assim, íons de Mg+2 livres estão disponíveis para reagir para formar estruvita no reator. Por exemplo, os métodos podem operar formando uma pasta fluida aquosa de uma fonte que libera íons de Mg+2 à medida que se dissolve. A fonte de Mg pode ser misturada com um solvente aquoso por um período de tempo (isto é, o tempo de hidratação).

[0071] Em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada é circulada de um tanque de pasta fluida em torno de uma malha e de volta para o tanque de pasta fluida. A velocidade do fluido na malha pode ser mantida alta o suficiente para evitar a sedimentação de partículas da pasta fluida na malha. A malha pode ser arranjada para passar perto do reator. A injeção da pasta fluida hidratada no reator pode compreender o desvio de parte da pasta fluida hidratada que flui na malha para o reator, por exemplo, por meio de uma válvula.

[0072] A FIG. 2 é um fluxograma de um método 100 de acordo com um exemplo de forma de realização da invenção. O método 100 compreende a etapa 110 de hidratação de uma fonte de Mg de baixa solubilidade em um solvente aquoso, e a etapa 120 de injeção da pasta fluida hidratada resultante em um reator (ou uma porção do reator) para precipitar materiais dissolvidos (incluindo fósforo (PO4-P)) de uma solução aquosa para formar cristais.

[0073] Em algumas formas de realização, a fonte de Mg é óxido de magnésio (MgO). Como mostrado pela reação abaixo, na hidratação, o MgO forma um complexo MgOH+ na superfície da partícula de MgO e, em última análise, resulta na formação de 2 mol de OH- (aq): MgO(superfície) + H+(aq) → MgOH+(superfície) + OH-(aq) → MgOH+•OH-(superfície) → Mg2+(aq) + 2OH-(aq) ↔ Mg(OH)2(s)

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[0074] A formação de 2OH-(aq) aumenta e/ou mantém o pH da solução no reator a um nível adequado para a formação e crescimento de cristal e, em algumas formas de realização, reduz e/ou elimina o consumo geral de agente cáustico para precipitação de cristais no reator. Em algumas formas de realização, o uso de uma fonte de baixa solubilidade de Mg, tal como MgO ou Mg(OH2), pode substituir a necessidade de agente cáustico (por exemplo, NaOH), reduzindo ou eliminando picos de pH/superssaturação em um sítio de injeção de agente cáustico no reator (ou porção do reator). Isso pode reduzir o capital e/ou os custos operacionais total(ais), eliminando ou reduzindo a necessidade de um reagente de controle de pH separado e a necessidade de sistemas de armazenamento e dosagem associados. Adicionalmente, ao eliminar ou reduzir picos de pH/superssaturação, a produção de partículas finas pode ser reduzida ou eliminada. Em algumas formas de realização, os tampões de pasta fluida hidratada em pH alcalino. Por exemplo, foi determinado empiricamente que uma pasta fluida hidratada formada por hidratação de MgO em um solvente aquoso tampona a um pH de cerca de 8,1.

[0075] Fontes adequadas de baixa solubilidade de Mg podem incluir: MgO, Mg(OH) 2, carbonatos de magnésio (tal como o sal anidro de magnesita (MgCO3), a barringtonita di-, tri- e penta-hidratada (MgCO3 • 2H2O), nesqueonita (MgCO3 • 3H2O) e lansfordita (MgCO3 • 5H2O), respectivamente, artinita (MgCO3•Mg(OH)2•3H2O), hidromagnesita (4 MgCO3Mg(OH)2•4H2O), dippingita (4 MgCO3Mg(OH)2•5H2O), cal dolomítica ou calcário com teor adequado de Mg). Tais fontes são tipicamente mais baratas do que as fontes solúveis de Mg convencionalmente usadas (por exemplo, MgCl2 e MgSO4). Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg tem uma solubilidade em água (de cerca de 25 C a cerca de 30 C) menor que cerca de 1 g/L.

[0076] Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg tem uma solubilidade em água (a cerca de 25 C a cerca de 30 C) na

20 / 46 faixa de: cerca de 5 mg/L a cerca de 1 g/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 500 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 150 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 100 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 90 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 80 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 70 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 60 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 50 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 40 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 30 mg/L, cerca de 5 mg/L a cerca de 20 mg/L, ou cerca de 5 mg/L a cerca de 10 mg/L. Por exemplo, MgO tem uma solubilidade em água de cerca de 86 mg/L (a 30 C). Mg(OH)2 tem uma solubilidade em água de cerca de 6,4 mg/L (a 25 C). O MgCO3 tem uma solubilidade em água de cerca de 139 mg/L (a 25 C).

[0077] Os habilitados na técnica reconhecerão que alguma variabilidade de solubilidade é comum e que a solubilidade de uma fonte de Mg pode diferir de acordo com o provedor dessa fonte de Mg. Por exemplo, a solubilidade de uma fonte de Mg pode diferir dependendo da temperatura de calcinação e/ou do tempo de calcinação para preparar a fonte de Mg, como descrito em outro lugar nesse documento.

[0078] Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg tem uma concentração no reator menor que cerca de 0,03 mol/L. Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg tem uma concentração no reator na faixa de: cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,03 mol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,02 mol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 4 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 2,5 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 2,2 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 2,0 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 1,7 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 1,5 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 1,2 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 1,0 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,7 mmol/L, cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,5 mmol/L, ou cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,25 mmol/L. Por exemplo, quando a fonte de baixa solubilidade de Mg é MgO, a concentração de Mg no reator pode ser de cerca de 2,1 mmol/L ou menos.

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[0079] Quando a fonte de baixa solubilidade de Mg é Mg(OH) 2, a concentração de Mg no reator pode ser de cerca de 0,1 mmol/L ou menos. Quando a fonte de baixa solubilidade de Mg é MgCO3, a concentração de Mg no reator pode ser cerca de 1,6 mmol/L ou menos.

[0080] Em algumas formas de realização, a extensão da hidratação da fonte de Mg de baixa solubilidade se correlaciona com a remoção de fósforo (por exemplo, produção de cristal de estruvita). A extensão da hidratação pode ser controlada por um ou mais dos seguintes: a duração do tempo de hidratação, aquecimento da mistura de fonte de Mg e solvente aquoso e a concentração da pasta fluida hidratada. Por exemplo, onde a fonte de Mg é MgO, o tempo de hidratação pode ser controlado para prevenir ou minimizar a formação de Mg(OH)2 sólido. Mg (OH)2(s) pode se acumular na superfície das partículas de MgO, diminuindo assim a taxa de liberação de Mg+2 livre e reduzindo a formação de cristais no reator.

[0081] Uma vez que Mg(OH)2(s) é menos solúvel que MgO(s), o período de tempo para redissolver Mg(OH)2(s) em um solvente aquoso para fornecer Mg+2 livre/dissolvido para a formação de cristal é mais longo. Em algumas formas de realização, o tempo de hidratação para uma fonte de Mg de baixa solubilidade é controlado para melhorar a produção de cristal. Por exemplo, foi demonstrado empiricamente que hidratar MgO em um solvente aquoso por cerca de 20 horas resultou em um rendimento de estruvita cerca de 4-8% melhor do que um tempo de hidratação de cerca de 15 minutos ou cerca de 36 horas. Em algumas formas de realização, o tempo de hidratação desejado para MgO é entre cerca de 15 minutos e cerca de 36 horas.

[0082] Em algumas formas de realização, o tempo de hidratação para MgO é entre cerca de 15 minutos e 1 hora. Em algumas formas de realização, o tempo de hidratação para MgO está entre cerca de 15 minutos e várias horas (por exemplo, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7 horas, 8 horas, 9 horas, 10 horas, 11 horas, 12 horas, 13 horas, 14 horas, 15 horas, 16 horas, 17

22 / 46 horas, 18 horas, 19 horas, 20 horas).

[0083] Os habilitados na técnica entenderão que o tempo de hidratação pode ser influenciado pelas condições de reação e/ou pela fonte de Mg. Por exemplo, a temperatura e/ou pressão e/ou a presença de outros solutos em um solvente aquoso pode(m) impactar a liberação de Mg+2 livre e/ou a formação de Mg(OH)2(s) quando a fonte de baixa solubilidade de Mg é MgO. Por exemplo, uma pasta fluida aquosa de MgO aquece à medida que a hidratação prossegue, especialmente quando ácido é adicionado à pasta fluida. Esse aquecimento pode impactar no tempo de hidratação. Assim, o tempo de hidratação do MgO pode ser maior que 36 horas ou menor que 15 minutos.

[0084] Em algumas formas de realização, quando a fonte de baixa solubilidade de Mg é uma substância diferente de MgO, o tempo de hidratação desejado é maior que 15 minutos. Em algumas formas de realização, o tempo de hidratação é entre cerca de 15 minutos e várias horas (por exemplo, 15 minutos a 20 horas). Alguns exemplos de tempos de hidratação não limitativos são 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7 horas, 8 horas, 9 horas, 10 horas, 11 horas, 12 horas, 13 horas, 14 horas, 15 horas, 16 horas, 17 horas, 18 horas, 19 horas, 20 horas, 21 horas, 22 horas, 23 horas, 24 horas, 25 horas, 26 horas, 27 horas, 28 horas, 29 horas, 30 horas, 31 horas, 32 horas, 33 horas, 34 horas, 35 horas, 36 horas.

[0085] Para preparar a pasta fluida hidratada, um solvente aquoso (por exemplo, água) é adicionado à fonte de baixa solubilidade de Mg. Em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada contém cerca de 5% a cerca de 30% de Mg em peso. Em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada contém menos do que cerca de 10% de Mg em peso. Conforme o MgO absorve água na hidratação, a pasta fluida hidratada pode se tornar “grossa” se pouco solvente aquoso for usado. Consequentemente, uma pasta fluida hidratada de MgO com cerca de 25% a cerca de 30% de Mg em peso pode ser muito seca e/ou viscosa e/ou espessa para misturar facilmente e bombear para o reator (ou

23 / 46 parte do reator). Em algumas formas de realização, a quantidade de Mg solúvel na pasta fluida hidratada é menor que cerca de 5 mg/L. Em algumas formas de realização, a quantidade de Mg solúvel na pasta fluida hidratada é de cerca de 0,5 mg/L.

[0086] Se a porcentagem em peso de Mg na pasta fluida hidratada for muito baixa, isso pode reduzir a produção de cristal e/ou aumentar os tempos de produção e/ou consumir o excesso de água, aumentando assim os custos de produção. Em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada é mais eficaz quando a pasta fluida é relativamente diluída (por exemplo, a pasta fluida contém menos do que cerca de 10% de Mg em peso). Por exemplo, a produção de cristal pode ser aumentada quando a pasta fluida hidratada de Mg(OH) 2 é diluída (por exemplo, contém menos do que cerca de 5% de Mg em peso).

[0087] Em algumas formas de realização, Mg(OH)2 é usado como a fonte de baixa solubilidade de Mg e está na forma de uma pasta fluida. Como a forma de Mg(OH)2 já está hidratada, não é necessário mais tempo de hidratação. Uma vez que o Mg(OH)2 é menos solúvel do que o MgO, o uso de Mg(OH)2 como fonte de magnésio pode exigir pastas fluidas mais diluídas para atingir um desempenho equivalente às pastas fluidas de MgO. Consequentemente, o Mg(OH)2 pode ser uma fonte menos eficaz de Mg do que o MgO em termos de recuperação e/ou carregamento de estruvita.

[0088] Os carbonatos de magnésio podem ser usados como fonte de Mg. No entanto, a hidratação de carbonatos de magnésio pode resultar na produção de gás dióxido de carbono (CO2), que pode causar problemas de formação de espuma e/ou afetar o pH da pasta fluida. O gás CO2 é ácido e, consequentemente, um agente cáustico pode ser necessário para neutralizar o ácido em excesso. Cal dolomítico ou calcário podem ser usados como fonte de Mg. No entanto, essas fontes de Mg contêm cálcio (Ca), que pode interferir na produção de estruvita e/ou pode contaminar o produto resultante com Ca. Esses produtos podem precipitar mais facilmente as águas residuais, mas podem ser

24 / 46 menos desejáveis como fertilizante do que a estruvita. No entanto, uma vez que MgO, Mg(OH)2, carbonatos de magnésio, cal e calcário são relativamente baratos, eles podem ser uma fonte atraente de baixa solubilidade de Mg para a produção de estruvita.

[0089] Em algumas formas de realização, o tamanho de partícula da fonte de Mg de baixa solubilidade é controlado para evitar ou minimizar a pasta fluida hidratada de obstruir orifícios ou tubos do reator, tais como orifícios de coletor ou semelhantes. Se o tamanho da partícula exceder um tamanho desejado, a pasta fluida hidratada pode obstruir os tubos de tampão até o ponto em que o fluxo é impedido e/ou causa danos ao equipamento de bombeamento. Em algumas formas de realização, o tamanho de partícula da fonte de baixa solubilidade de Mg está na faixa de: cerca de 100 a cerca de 400 mesh, cerca de 100 a cerca de 350 mesh, cerca de 100 a cerca de 300 mesh, cerca de 100 a cerca de 250 mesh, cerca de 100 a cerca de 200 mesh, cerca de 150 a cerca de 200 mesh, cerca de 200 a cerca de 400 mesh, cerca de 250 a cerca de 400 mesh, cerca de 300 a cerca de 400 mesh ou cerca de 350 a cerca de 400 mesh. Em algumas formas de realização, o MgO tem um tamanho de partícula de cerca de 200 mesh. Em algumas formas de realização, o MgO tem um tamanho de partícula de cerca de 400 mesh. Em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg é um pó fino tendo um tamanho de partícula em uma faixa de cerca de 10 a cerca de 50 µm, cerca de 10 a cerca de 40 µm ou cerca de 12 a cerca de 30 µm. Em algumas formas de realização, o MgO tem um tamanho de partícula em uma faixa de cerca de 17 SGN a cerca de 100 SGN (número de guia de tamanho). Em algumas formas de realização, o MgO tem um tamanho de partícula na faixa de cerca de 17 SGN a cerca de 30 SGN.

[0090] Os habilitados na técnica reconhecerão que o grau de malha da fonte de Mg de baixa solubilidade pode ser afetado pela temperatura de calcinação e/ou pelo tempo de calcinação para preparar a fonte de Mg. Por exemplo, o MgO pode ser preparado pela calcinação do carbonato de magnésio.

25 / 46 Em algumas formas de realização, a temperatura de calcinação é menor que cerca de 1.200 C. Em algumas formas de realização, a temperatura de calcinação está na faixa de cerca de 600 C a cerca de 1.200 C. Em algumas formas de realização, o tempo de calcinação é menor que cerca de 3 horas. Em algumas formas de realização, o tempo de calcinação está na faixa de cerca de 1 a 3 horas. Em algumas formas de realização, o tempo de calcinação é de cerca de 2 horas.

[0091] Ao otimizar as condições para a preparação da fonte de Mg de baixa solubilidade, o tamanho de partícula, a área superficial específica e a reatividade podem ser controladas. Por exemplo, em algumas formas de realização, um tamanho de partícula de cerca de 200 mesh é desejável. Tais partículas podem ser retidas de maneira ideal pelo reator sem obstruir o sistema usado para dispensar a fonte de Mg de baixa solubilidade ao reator e/ou sem a necessidade de bombas de alto fluxo.

[0092] Sem estar vinculado a qualquer teoria particular, acredita-se que o emprego de uma fonte de baixa solubilidade de Mg pode evitar ou reduzir a produção de partículas finas devido ao maior tempo de retenção das fontes de baixa solubilidade de dissolução lenta de Mg em comparação com as fontes convencionais de Mg solúvel (por exemplo, MgCl2 e/ou MgSO4). As fontes de baixa solubilidade de Mg liberam lentamente íons de Mg+2 livres na solução de modo que a distribuição dos íons de Mg+2 por todo o reator (ou porção do reator) seja substancialmente uniforme. Dessa forma, a cristalização é promovida em todo o reator (ou parte do reator) e áreas localizadas onde a concentração de Mg é significativamente elevada podem ser minimizadas ou evitadas. Assim, a lenta taxa de dissolução de fontes de Mg de baixa solubilidade pode prevenir ou minimizar áreas onde a razão de superssaturação é suficientemente alta para causar a produção de um grande número de partículas finas.

[0093] Outra teoria é que a presença de uma fonte de Mg de baixa solubilidade auxilia quaisquer partículas finas que são produzidos no reator (ou

26 / 46 uma porção do reator) a aderirem ou a outras partículas presentes na solução. Foi testado o efluente tratado pela adição de uma fonte de baixa solubilidade de Mg à solução aquosa em um reator de leito fluidizado a taxas de carregamento entre 5 e 250 g PO4-P/min/m3 e não observaram partículas finas ou partículas de MgO no efluente ou fluido de reciclo. Se a redução ou eliminação da redução de partículas finas fosse devida exclusivamente a um tempo de retenção mais longo, a observação da fonte de Mg de baixa solubilidade seria esperada no efluente tratado e/ou fluido de reciclo. Uma vez que o efluente tratado e o fluido de reciclo foram empiricamente observados como livres da fonte de Mg de baixa solubilidade, é possível que a fonte de Mg de baixa solubilidade “adira” nos cristais de estruvita presentes no reator.

[0094] Assim, em algumas formas de realização, a fonte de baixa solubilidade de Mg (por exemplo, MgO) é introduzida em um leito fluidizado. As partículas no leito fluidizado podem compreender estruvita, um análogo da estruvita ou fosfato de monoamônio, por exemplo. A fonte de baixa solubilidade de Mg pode ser fornecida na forma de partículas que seriam removidas por lavagem do reator para determinadas vazões de fluido no reator. A interação entre as pequenas partículas de MgO (ou outra fonte de baixa solubilidade como uma espécie iônica) pode reter as pequenas partículas no leito fluidizado de modo que as partículas forneçam Mg +2 (ou outra espécie iônica) ao longo de todas ou grandes partes do leito fluidizado. As pequenas partículas distribuídas podem repor o Mg+2 disponível (ou outra espécie iônica), pois o Mg+2 disponível é consumido na produção de estruvita ou outro produto.

[0095] Foi determinado empiricamente que os cristais de estruvita resultantes podem ser relativamente puros, com pouco ou nenhum excesso de Mg observado nas amostras do produto. Portanto, acredita-se que a fonte de baixa solubilidade de Mg pode ser essencialmente completamente dissolvida e usada para formar cristais de estruvita. Outros ensaios foram realizados em que o reator foi alimentado com água da torneira essencialmente livre de fosfato e

27 / 46 amônia, e uma pasta fluida de MgO hidratada, resultando na injeção e diluição da pasta fluida de MgO na água, mas sem reação de formação de estruvita. Nesse caso, uma porção substancial da pasta fluida de MgO injetada foi observada no reciclo do reator e no efluente. O experimento foi repetido com e sem um leito fluidizado de partículas de estruvita presente no reator, com os mesmos resultados. Isso indica que a ocorrência da reação de formação de estruvita é necessária para fazer com que as partículas de pasta fluida de MgO hidratadas adiram ao leito fluidizado.

[0096] Sem estar vinculado a qualquer teoria particular, acredita-se que a formação de uma pasta fluida por meio da hidratação de uma fonte de Mg de baixa solubilidade antes da fonte ser adicionada ao reator (ou porção do reator) pode resultar na distribuição uniforme de íons de Mg +2 em todo o volume do reator (ou porção do volume do reator), aumentando assim as limitações de carregamento e/ou aumentando a produção de estruvita e/ou reduzindo a produção de partículas finas. Por exemplo, a solubilidade limitada da fonte de Mg de baixa solubilidade pode permitir que a razão de superssaturação localizada em torno do ponto de injeção de Mg+2 permaneça relativamente baixa em comparação com os casos em que fontes de Mg convencionais altamente solúveis (por exemplo, MgCl2 e MgSO4) são injetadas em um reator similar.

[0097] Em algumas formas de realização, o método 100 compreende uma etapa opcional 130 de adição de um ácido à pasta fluida hidratada. O ácido pode ser adicionado ao tanque no qual a pasta fluida da fonte de Mg de baixa solubilidade é hidratada ou armazenada. A adição de ácido pode aumentar o rendimento de estruvita no tratamento de águas residuais de alta concentração (por exemplo, águas residuais que contêm grandes quantidades de gorduras, óleos e graxas (FOG) ou outros componentes orgânicos). Verificou-se que a adição de uma razão molar de aproximadamente 0,4:1 de H + para Mg é eficaz no aumento do rendimento de estruvita. Quando a fonte de Mg de baixa

28 / 46 solubilidade é MgO, o ácido fornece H+(aq) para conduzir a formação do complexo de MgOH+ na primeira etapa do mecanismo de hidratação descrito em outro lugar nesse documento.

[0098] Foi determinado empiricamente que adicionar uma quantidade adequada de ácido à pasta fluida hidratada pode aumentar a taxa de produção de cristal de estruvita e/ou eficácia geral de conversão de estruvita, resultando assim em um maior rendimento de cristais de estruvita e/ou permitindo aumento do carregamento do reator.

[0099] Por exemplo, a adição de um ácido em uma razão equivalente molar de 0,2:1 de H+: Mg aumentou o rendimento de cristal de estruvita em cerca de 10-20%. Em algumas formas de realização, uma quantidade de ácido é adicionada à pasta fluida hidratada para neutralizar cerca de 20% de qualquer hidróxido formado pela hidratação da fonte de Mg de baixa solubilidade. Os ácidos adequados incluem ácidos fortes, tais como, ácido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), etc., e ácidos fracos, tais como, ácido acético, ácido cítrico, ácido oxálico, etc. Ácidos que interferem com a produção de estruvita (por exemplo, ácido fosfórico (H3PO4)) e/ou ácidos que são muito fracos para quebrar as partículas de MgO (ou outras partículas de fonte de Mg de baixa solubilidade) são evitados em algumas formas de realização.

[00100] Em uma forma de realização, o ácido compreende ácido sulfúrico. Por exemplo, o ácido pode ser 93% - 98% de ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico está prontamente disponível em usinas de ácido fosfórico de processo a úmido e, portanto, é conveniente para usar ao operar esse método na, ou próximo a, uma usina de ácido fosfórico de processo a úmido. O ácido sulfúrico é geralmente um dos ácidos mais econômicos disponíveis comercialmente.

[00101] Em outra forma de realização, o ácido compreende ácido acético (ou outro ácido graxo volátil ou combinação de ácidos graxos voláteis), que é útil como uma fonte de ácidos graxos voláteis necessários para a absorção

29 / 46 de fosfato de águas residuais em usinas de tratamento usando remoção de fósforo biológico intensificada. Portanto, a aplicação de ácido acético ou ácidos graxos voláteis às águas residuais no trajeto de reciclo cria um nível adicional de sinergia.

[00102] Em algumas formas de realização, na etapa 120, o ácido é dosado para a pasta fluida hidratada. Por exemplo, o ácido pode ser adicionado na forma líquida a um tanque de hidratação de pasta fluida. Ácidos fracos, tal como o ácido cítrico, que estão disponíveis na forma seca, podem ser adicionados como um pó ao tanque de hidratação, ou pré-misturados com MgO antes da hidratação.

[00103] Em algumas formas de realização, na etapa 110 e/ou etapa 120, o pH da pasta fluida hidratada é controlado pela adição de uma quantidade apropriada de ácido.

[00104] A configuração do reator e/ou as condições de reação podem impactar partículas finas e/ou produção de estruvita e/ou economias de operação quando a fonte de Mg é uma fonte de baixa solubilidade. Por exemplo, em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada é injetada perto do fundo do reator (ou porção do reator), como descrito em outro lugar nesse documento.

[00105] Uma vez que pastas fluidas hidratadas, tais como pastas fluidas hidratadas de MgO, podem ser propensas à incrustação e ao entupimento, um trajeto de reciclo pode ser usado para ajustar as vazões de fluido dentro da mistura de pasta fluida hidratada e sistema de bombeamento. A velocidade do fluido relativamente alta no trajeto de reciclo pode prevenir ou minimizar incrustação e entupimento pela fonte de Mg de baixa solubilidade.

[00106] Na forma de realização ilustrada na FIG. 1A, o reator 12 compreende um trajeto de reciclo 30. Nem todos os reatores de leito fluidizado têm um trajeto de reciclo. No entanto, um trajeto de reciclo 30 pode ser vantajoso, pois fornece uma maneira de ajustar as vazões de fluido dentro do

30 / 46 reator 12, sem alterar a taxa na qual a solução aquosa é introduzida no tanque de reação 18 na entrada 14. O trajeto de reciclo 30 está conectado para receber ou retirar solução do tanque de reação 18 e para retornar a solução ao tanque de reação 18. Reatores de acordo com algumas formas de realização podem fornecer uma pluralidade de trajetos de reciclo 30.

[00107] O trajeto de reciclo 30 ilustrado tem uma extremidade de entrada 30A e uma extremidade de saída 30B. Na forma de realização da FIG. 1, a saída 16 se se conecta à extremidade de entrada 30A do trajeto de reciclo 30, embora em outras formas de realização, a extremidade de entrada 30A do trajeto de reciclo 30 possa ser separada da saída 16. A saída 16 pode se conectar a um sistema de tubulação de efluente 20. A entrada 14, a saída 16, o trajeto de reciclo 30 e o sistema de tubulação de efluente 20, cada um compreende uma ou mais de válvulas que permitem que eles sejam ligados ou desligados.

[00108] O trajeto de reciclo 30 está conectado para retirar a solução do tanque de reação 18 e para retornar a solução para o tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, o trajeto de reciclo 30 retorna a solução para o tanque de reação 18 abaixo de uma localização na qual a solução é recebida do tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, o trajeto de reciclo 30 compartilha a entrada 14 e/ou a saída 16 (por exemplo, a extremidade de entrada 30A do trajeto de reciclo 30 está em comunicação fluida direta com a saída 16 e/ou a extremidade de saída 30B do trajeto de reciclo 30 está em comunicação direta de fluido com a entrada 14). Em outras formas de realização, o trajeto de reciclo 30 tem uma ou mais de extremidades de entrada separada(s) da saída 16 e/ou uma ou mais de extremidades de saída no tanque de reação 18 separada(s) da entrada 14.

[00109] Quando a solubilidade de uma substância sendo precipitada é dependente do pH, o reator 12 pode compreender um injetor de ácido 32 para aplicar um ácido ao fluxo de solução. O ácido pode ser injetado, por exemplo, no trajeto de reciclo 30. A injeção de ácido reduz o pH da solução no trajeto de

31 / 46 reciclo 30 ou no reator 12 como um todo. Um trajeto de reciclo 30 com um injetor de ácido 32 pode atuar como uma malha de destruição de partículas finas, dissolvendo seletivamente partículas finas que são pequenas o suficiente para serem mantidas em suspensão no fluxo do trajeto de reciclo do reator. A maioria dos cristais maiores permanece no tanque de reação 18 (por exemplo, no leito fluidizado no tanque de reação).

[00110] Em algumas formas de realização, o ácido aplicado no trajeto de reciclo 30 pode reduzir o pH não apenas no trajeto de reciclo 30, mas também no tanque de reação 18. É possível que a redução do pH localmente no trajeto de reciclo 30 possa ser maior do que o redução do pH no tanque de reação 18, que está mais longe do injetor de ácido 32. Como as partículas finas têm uma alta razão de área superficial para volume em relação aos cristais maiores, as partículas finas têm uma tendência a se dissolver mais rápido em uma base de % em massa do que os cristais maiores. Em algumas formas de realização, o pH é aumentado no trajeto de reciclo (por exemplo, neutralizando o ácido pela injeção de uma base) antes que o trajeto de reciclo volte a se unir ao tanque 18.

[00111] Em algumas formas de realização, o tanque de reação 18 pode compreender um injetor de base que injeta uma base (por exemplo, uma substância que aumenta a concentração de íons OH- na solução e/ou aumenta o pH da solução) na solução na reação tanque 18 para aumentar ou manter o pH da solução. Um injetor de base de exemplo 40A é esquematicamente ilustrado na FIG. 1A. O injetor de base 40A pode ser conectado a um controlador e um dispositivo de medição (por exemplo, uma sonda de pH).

[00112] Em algumas formas de realização, o pH da solução no tanque de reação 18 é mantido a um pH relativamente alto (em comparação com alguns processos anteriores de precipitação de estruvita - por exemplo, um pH ≥ 7 ou ≥ 7,5)). Em alguns casos, o pH de 8 ou 9 ou mais é mantido em todo o, ou parte do, tanque de reação. Foi determinado que manter certas reações de formação

32 / 46 de estruvita em um pH mais alto pode ajudar a conduzir a reação de equilíbrio até a conclusão. Isso, por sua vez, melhora a eficácia da remoção de fosfato. Especificamente, verificou-se que aumentar o pH da reação usando MgO como a fonte de Mg na reação de formação de estruvita pode atingir uma eficácia de remoção quase completa (98%) de fosfato de uma dada amostra de água residual. A eficácia típica de remoção de fosfato usando reações convencionais de formação de estruvita é significativamente menor.

[00113] A taxa de adição da pasta fluida hidratada no tanque de reação 18 pode impactar a eficácia da remoção de fosfato. Verificou-se que o pH da solução no tanque de reação 18 pode ser usado como um indicador da quantidade da pasta fluida hidratada (ou especificamente a concentração da fonte de Mg de baixa solubilidade) presente na solução no reator em um determinado momento. Em algumas formas de realização, o pH é mantido ajustando o fluxo da pasta fluida hidratada no tanque de reação 18 (ou, inversamente, a injeção da pasta fluida hidratada no tanque de reação é controlada com base no pH no tanque de reação 18). Também é possível controlar a adição da pasta fluida hidratada para manter uma razão molar desejada de Mg:P no reator.

[00114] Em algumas formas de realização, o pH da solução no tanque de reação 18 é controlado pela adição da pasta fluida hidratada. Em algumas formas de realização, o reator 12 compreende uma válvula de controle 31 entre o tanque do reator 18 e o tanque de hidratação 40. A válvula de controle 31 controla o fluxo da pasta fluida hidratada para fora do tanque de hidratação 40 e para o tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, a válvula de controle 31 está conectada a um controlador 35. O controlador 35 pode receber entrada de uma sonda de pH 33. A sonda de pH 33 mede o pH da solução no tanque de reação 18. O controlador 35 pode controlar a abertura e o fechamento da válvula de controle 31 em resposta ao pH da solução no tanque de reação

18. Em algumas formas de realização, a sonda de pH 33 transmite medições de

33 / 46 pH em tempo real da solução no tanque de reação 18 para o controlador 35. A válvula de controle 31 pode abrir para permitir o fluxo da pasta fluida hidratada para o tanque de reação 18 em resposta a um desvio no pH da solução de um pH alvo. Em algumas formas de realização, o pH alvo está em um pH maior do que aquele que é convencionalmente mantido em processos de precipitação de estruvita. Nessas formas de realização, a válvula de controle 31 pode abrir para permitir o fluxo da pasta fluida hidratada para o tanque de reação 18 em resposta a uma diminuição no pH da solução do pH alvo. O aumento da pasta fluida hidratada que flui através do leito fluidizado do tanque de reação 18 resulta em um aumento no pH da solução. Em algumas formas de realização, a válvula de controle 31 pode ser definida para abrir em intervalos de cerca de 30 segundos a cerca de 5 minutos.

[00115] Em uma forma de realização de exemplo, como ilustrado na FIG. 1B, o reator 12 inclui uma malha de pasta fluida 48. A malha de pasta fluida 48 circula a pasta fluida hidratada para dentro e para fora do tanque de hidratação 40. O tanque de hidratação 40 pode compreender um misturador 41 para misturar continuamente a pasta fluida hidratada. A malha de pasta fluida 48 pode estar em conexão de fluido com a entrada 46. Isso permite que a pasta fluida hidratada flua para fora da malha de pasta fluida 48 e para o tanque de reação 18. Em algumas formas de realização, a pasta fluida hidratada é continuamente circulada para fora do tanque de hidratação 40 e para o tanque de reação 18 através da malha de pasta fluida 48. Em algumas formas de realização, o fluxo da pasta fluida hidratada da malha de pasta fluida 48 para o tanque de reação 18 é controlado pela válvula 31. Foi determinado que a circulação da pasta fluida hidratada dentro de uma malha de pasta fluida mantém o fluxo da pasta fluida hidratada dentro do reator a uma velocidade desejada que evita a sedimentação das partículas da fonte de Mg.

[00116] Em algumas formas de realização, uma fonte de Mg solúvel (por exemplo, MgCl2) pode ser injetada no tanque de reação 18, além de introduzir

34 / 46 a pasta fluida hidratada contendo uma fonte de Mg de baixa solubilidade. A fonte de Mg solúvel pode ser opcionalmente injetada no tanque de reação 18 simultaneamente com a pasta fluida hidratada. A fonte de Mg solúvel pode ser injetada no tanque de reação 18 através da mesma entrada ou de uma entrada diferente da injeção da fonte de Mg de baixa solubilidade.

[00117] O tempo de reação pode impactar a produção de estruvita e/ou partículas finas e/ou economias de operação quando a fonte de Mg é uma fonte de baixa solubilidade. Devido, pelo menos em parte, à solubilidade limitada de uma fonte de Mg de baixa solubilidade, os tempos de reação para alcançar a remoção de fósforo desejada são geralmente mais longos do que aqueles observados para fontes de Mg solúveis convencionais (por exemplo, MgCl2 e MgSO4). A baixa solubilidade da fonte de Mg de baixa solubilidade permite que a fonte de Mg libere lentamente íons de Mg+2 livres ao longo do tempo. Por exemplo, tempos de reação de cerca de 6 minutos são típicos para fontes de Mg solúvel. Para fontes de Mg de baixa solubilidade, tempos de reação de cerca de 30 a cerca de 60 minutos podem ser necessários para alcançar a remoção de fósforo desejada.

[00118] O tempo de reação pode ser controlado diminuindo a vazão da solução aquosa para o reator. Ao aumentar o tempo de reação, a fonte de Mg de baixa solubilidade pode ser capaz de se distribuir uniformemente por todo o volume do reator (ou porção do volume do reator). Isso pode permitir que a razão de superssaturação localizada em torno do ponto de injeção de pasta fluida hidratada permaneça relativamente baixa em comparação com as fontes convencionais de Mg solúvel (por exemplo, MgCl2 e MgSO4), enquanto mantém uma superssaturação relativamente alta ao longo de uma porção substancial do reator (ou porção do reator) à medida que as partículas da fonte de Mg de baixa solubilidade continuam a se dissolver, repondo assim a concentração de Mg+2 livre em todo o leito fluidizado.

[00119] O carregamento pode impactar a produção de estruvita e/ou

35 / 46 formação de partículas finas e/ou economias de operação quando a fonte de Mg é uma fonte de baixa solubilidade. Por exemplo, um reator do tipo de leito fluidizado pode ser operado sob condições de alto crescimento (isto é, condições de alto carregamento) quando uma fonte de baixa solubilidade de Mg é adicionada a uma solução aquosa no reator (ou porção do reator). Em algumas formas de realização, o carregamento está acima de um limiar para atingir uma alta taxa de crescimento de cristais. Por exemplo, observou-se empiricamente que o carregamento pode 5 g de PO4-P/min/m3 ou mais ou 50 g de PO4-P/min/m3 ou mais ou 100 g de PO4-P/min/m3 ou mais ou 250 g de PO4- P/min/m3 ou mais em um reator (ou uma porção do reator). Em alguns casos, o carregamento de PO4-P pode ser aumentado em um múltiplo de 2, 5, 7, 10, 17, 20, 25 ou mais, enquanto produz partículas comercialmente aceitáveis de estruvita, mudando da injeção de uma fonte de alta solubilidade de Mg para a injeção uma fonte de menor solubilidade de Mg, como descrito nesse documento (por exemplo, quando uma pasta fluida aquosa de MgO a 10% em peso é usada) em comparação, a um caso similar onde as fontes de Mg solúveis convencionais (isto é, MgCl2 ou MgSO4) são usadas (tipicamente como soluções de 1% a 32% de MgCl2 ou MgSO4). Por conseguinte, o carregamento pode ser aumentado muito significativamente, por exemplo, por um múltiplo de 5 ou mais ou 10 ou mais ou 25 ou vezes, empregando uma fonte de Mg de baixa solubilidade, como descrito nesse documento, em comparação com um caso onde uma fonte de Mg altamente solúvel é usada.

[00120] Em algumas formas de realização, uma solução aquosa tendo uma concentração relativamente alta de fósforo (isto é, cerca de 2.000 a cerca de 10.000 mg/L de PO4-P) pode ser alimentada ao reator a uma vazão relativamente baixa para manter o carregamento do reator. Em algumas formas de realização, uma solução aquosa tendo uma concentração menor de fósforo (isto é, cerca de 40 a cerca de 600 mg/L de PO4-P) pode ser alimentada ao reator. Em algumas formas de realização, o reator (ou uma porção do reator)

36 / 46 tem uma limitação hidráulica (isto é, uma velocidade máxima de fluxo para cima e/ou um tempo de retenção hidráulica mínimo (HRT)) que pode limitar o carregamento máximo.

Por exemplo, em algumas formas de realização, o tanque de reação 18 do reator 12 compreende um conduto orientado substancialmente verticalmente tendo uma seção de colheita e duas ou mais de seções sequenciais verticalmente acima da seção de colheita.

Nessas formas de realização, o reator pode ser operado a uma velocidade de fluxo para cima de cerca de 250 cm/minuto em uma seção de colheita do tanque de reação e 60 cm/minuto em uma ou mais das seções verticalmente sequenciais acima da seção de colheita.

Em algumas formas de realização, as partículas finas podem ser separadas da solução em um trajeto de reciclo e concentradas por meio de sedimentação, filtração, centrifugação ou outras técnicas de separação de sólidos e os sólidos de partículas finas concentrados enviados para um tanque de tratamento de partículas finas onde são dissolvidos em uma solução de pH reduzido (por exemplo, uma solução ácida) antes de retornar ao tanque de reação e/ou ao trajeto de reciclo.

O tanque de tratamento de partículas finas pode ser operado a uma velocidade de fluxo para cima de cerca de 7 cm/minuto.

O tanque de tratamento de partículas finas pode ser usado para capturar partículas finas e/ou partículas da fonte de Mg de baixa solubilidade e retornar a fonte de Mg de baixa solubilidade para o tanque de reação e/ou o trajeto de reciclo para ser dissolvido para a produção de cristal.

Onde a fonte de baixa solubilidade de partículas de Mg sedimenta rápido o suficiente para ser retida no reator, ou de outra forma é aglomerada em partículas de estruvita em crescimento, então a fonte de baixa solubilidade de Mg pode ser retida por um período de tempo que é mais longo do que o HRT de solução aquosa que escoa através do reator, possivelmente eliminando ou reduzindo HRT como um fator limitante no carregamento do reator e deixando a velocidade de fluxo para cima como limite.

Exemplo 1 - Remoção de fósforo com várias fontes de Mg

37 / 46

[00121] Amostras de solução aquosa (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais) reagiram com várias fontes de baixa solubilidade de Mg para determinar o impacto do tipo de fonte de Mg de baixa solubilidade na remoção de fósforo (P) (%) em função de tempo de reação (minutos). Os resultados dos testes são mostrados na FIG. 3. As amostras foram preparadas como descritas na Tabela

1.

[00122] Em cada caso, foi preparada uma solução a 10% de pasta fluida de MgO. Se ácido foi utilizado, então 93% de ácido sulfúrico foi dosado para a pasta fluida de MgO a 0,4:1 de mol H por mol de Mg. A pasta fluida de MgO foi então deixada hidratar durante 15 minutos, antes de ser dosada a 1:1 de Mg:P para um frasco de licor de remoção de água. O frasco foi deixado reagir por 60 minutos, e então as concentrações solúveis no frasco foram registradas para determinar as remoções. Após 20 horas de hidratação, outro frasco de licor de remoção de água foi dosado com a pasta fluida de MgO em uma razão de Mg:P de 1:1, deixado reagir por 60 minutos e, em seguida, as concentrações solúveis no frasco foram registradas. Tabela 1 - Remoção de fósforo com várias fontes de Mg Fonte de Mg Tempo de Mg:P (mol:mol) Ácido Base pH Hidratação LOCAL 1 pasta fluida 1:1 aquosa de Mg(OH)2 a 10% LOCAL 1 pasta fluida 1,5:1 aquosa de Mg(OH)2 a 0,57% LOCAL 2 pasta fluida 0,25 h 1:1 aquosa de Mg(OH)2 a 10% LOCAL 2 pasta fluida 0,25 h 1,25:1 aquosa de Mg(OH)2 a 10% LOCAL 2 pasta fluida 1:1 aquosa de Mg(OH)2 a 10% LOCAL 2 em peso de 1:1 MgCl2 a 32 % LOCAL 1 pasta fluida 1,25:1

38 / 46 aquosa de Mg(OH)2 a 10% LOCAL 1 pasta fluida 1:1 aquosa de Mg(OH)2 a 0,23% LOCAL 2 pasta fluida 0,25 h 1:1 Sim 0,4:1 de mol aquosa de MgO a 10% de H+:mol de Mg LOCAL 2 pasta fluida 0,25 h 1:1 Sim 0,4:1 de mol NaOH adicionado >8 + aquosa de MgO a 10% de H :mol de Mg Exemplo 2 - Efeito do ácido e do Tempo de Hidratação na Recuperação de Estruvita

[00123] As seguintes pastas fluidas hidratadas foram preparadas em água: (i) 10% em peso de MgO, tempo de hidratação = 20 horas; (ii) 10% em peso de MgO, tempo de hidratação = 15 minutos; (iii) 10% em peso de MgO com 0,2:1 de mol de H2SO4:MgO, tempo de hidratação = 19 horas; e (iv) 10% em peso de MgO com 0,2:1 de mol de H2SO4:MgO, tempo de hidratação = 15 minutos. Cada pasta fluida hidratada foi adicionada a uma amostra de uma pasta fluida aquosa (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais) e as soluções foram misturadas durante 60 minutos.

[00124] As soluções foram analisadas quanto ao conteúdo de P, N e Mg. Pelo menos 80% do teor de fósforo (P) de cada solução aquosa foi removido pelas pastas fluidas hidratadas, como indicado na Tabela 3. A remoção de P (%) foi maior onde a pasta fluida hidratada continha 0,2:1 mol de H2SO4:MgO (isto é, pastas fluidas (iii) e (iv)) e onde a pasta fluida teve um tempo de hidratação mais longo (isto é, pastas fluidas (i) e (iii)). A análise do conteúdo de Mg indicou que menos Mg estava disponível para a remoção de P para as pastas fluidas (ii) e (iv). Tabela 3 - Efeito do Ácido e do Tempo de Hidratação na Recuperação de Estruvita Pasta Tempo de H2SO4:MgO (mol:mol) Mg:P (mol:mol) Remoção de P Fluida hidratação (%) (horas)

39 / 46 i 19 0 1:1 90 ii 0,25 0 1:1 84 iii 20 0,2:1 1:1 91 iv 0,25 0,2:1 1:1 87 Exemplo 3 - Efeito do Ácido na Concentração de Íons de Mg2 + Livre

[00125] Foi adicionado ácido às pastas fluidas hidratadas de MgO preparadas no Exemplo 4. As razões finais foram as seguintes: (i) 0,49:1 de mol de H2SO4:MgO; (ii) 0:1 mol de H2SO4:MgO; (iii) 0,20:1 de mol de H2SO4:MgO; e (iv) 0,94:1 mol de H2SO4:MgO. Cada pasta fluida hidratada foi adicionada a uma amostra de uma solução aquosa (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais). Ácido adicional foi adicionado às amostras com pastas fluidas hidratadas (i) e (iv) para diminuir o pH abaixo de 9.

[00126] Sem estar vinculado a qualquer teoria particular, acredita-se que ácido adicional era necessário para diminuir o pH porque o mecanismo para produzir Mg(OH)2 a partir de MgO inclui a produção intermediária de Mg+2(aq) e OH-(aq). Os íons de Mg+2(aq) estão disponíveis para a produção de cristal e os íons OH-(aq) permanecem livres na solução disponível para formar MgOH+•OH- (superfície) e promovem a produção adicional de Mg+2(aq) e OH-(aq), fazendo com que o pH continue a subir até que Mg(OH)2(s) seja formado.

[00127] Sem estar vinculado a qualquer teoria particular, acredita-se que a amostra contendo pasta fluida hidratada (iii) não requer ácido adicional, uma vez que o MgO provavelmente se converteu totalmente em Mg(OH)2 e, consequentemente, o pH da solução foi controlada pela dissolução de Mg(OH)2 e precipitação da estruvita. A amostra contendo pasta fluida hidratada (iv) exigiu ácido adicional porque a pasta fluida hidratada provavelmente formou uma camada inicial de Mg(OH)2 e íons adicionais de Mg+2(aq) e OH-(aq) foram liberados na solução como MgOH+•OH-(superfície) foi formada. A amostra contendo pasta fluida hidratada (i), que se acredita ter sido menos hidratada do que a amostra contendo pasta fluida hidratada (iii), necessitou de ácido

40 / 46 adicional. É provável que algum MgO não reagido estivesse se hidratando durante a produção de estruvita. Uma vez que a pasta fluida hidratada (ii) não continha ácido, foi hidratada por um período de tempo mais curto (isto é, 15 minutos) e a temperatura foi mantida em temperatura ambiente, acredita-se que a água não teve tempo suficiente para se difundir dentro das partículas de MgO. Consequentemente, a camada superficial inicial de Mg(OH)2 ainda poderia estar se formando e estaria disponível para reagir com a estruvita. Uma vez que a reação de estruvita foi completada, um número de locais de MgO não reagidos teriam permanecido (o que explicaria a baixa concentração final de Mg observada). Exemplo 4 - Remoção de P (MgCl2)

[00128] Uma solução aquosa de 32% em peso de MgCl2 foi preparada e adicionada a uma solução aquosa (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais) de modo que a razão de Mg:P (mol:mol) foi de 1:1. O pH da solução resultante foi aumentado para 7,9 pela adição de 0,5 mL de NaOH(aq), e a solução foi misturada durante 60 minutos. O pH subiu para 8,24 durante o tempo de mistura de 60 minutos. A remoção de P foi de 92% e a solução continha 32 mg/L de Mg, 10,8 mg/L de P, 621 mg/L de NH3-N. Exemplo 7 - Fontes alternativas de MgO

[00129] As diferenças na reatividade entre diferentes fontes de MgO foram comparadas. A FIG. 5 mostra % de remoção de P e a FIG. 6 mostra a concentração final de Mg para várias amostras preparadas usando MgO de um primeiro fornecedor (Fornecedor 1) e MgO de um segundo fornecedor (Fornecedor 2). As pastas fluidas hidratadas de MgO das duas fontes foram preparadas como a seguir: Fonte de MgO Ácido Tempo de Hidratação Fornecedor 2 Sim 0,2 mol de H2SO4: mg ~20 horas Fornecedor 1 Sim 0,2 mol de H2SO4: mg ~20 horas Fornecedor 2 Sim 0,2 mol de H2SO4 mg <15 minutos Fornecedor 1 Sim 0,2 mol de H2SO4: mg <15 minutos

41 / 46 Fornecedor 2 0 ~20 horas Fornecedor 1 0 ~20 horas Fornecedor 2 0 <15 minutos Fornecedor 1 0 <15 minutos

[00130] Cada pasta fluida hidratada foi adicionada a uma amostra de uma solução aquosa (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais) e a remoção de P (%) foi determinada. A remoção de P (%) foi maior para o MgO do Fornecedor 2 em relação ao MgO do Fornecedor 1. Isso indica que as pastas fluidas hidratadas de MgO do Fornecedor 2 eram provavelmente limitadas em Mg e que a fonte de MgO do Fornecedor 1 é provavelmente menos reativa do que a fonte de MgO do Fornecedor 2. No entanto, a fonte de MgO do Fornecedor 1 foi mais sensível ao tempo de hidratação e ao ácido adicionado. A % de remoção de P foi maior onde o tempo de hidratação foi maior (isto é, ~ 20 horas vs. <15 minutos). A % de remoção de P foi maior onde o ácido foi adicionado à pasta fluida de MgO. É importante notar que as pastas fluidas de MgO do Fornecedor 1 foram todas hidratadas a uma temperatura mais baixa do que as pastas fluidas de MgO do Fornecedor 2, uma vez que o calor de reação do MgO do Fornecedor 2 e da água foi maior que o das pastas fluidas de MgO do Fornecedor 1. Além disso, o pH final da pasta fluida de MgO do Fornecedor 1 e da mistura de solução aquosa era cerca de 0,1 menor do que o pH da pasta fluida de MgO do Fornecedor 2 e da mistura de solução aquosa. Consequentemente, a adição secundária de ácido não foi necessária para as misturas contendo uma pasta fluida de MgO do Fornecedor 1. Isso pode implicar na presença de menos locais de MgOH+ para a reação e/ou que as partículas de pasta fluida de MgO do Fornecedor 1 têm uma área superficial menor do que as partículas de pasta fluida de MgO do Fornecedor 2. Uma vez que o excesso de pH parece ser uma preocupação menor usando uma pasta fluida de MgO do Fornecedor 1, o MgO do Fornecedor 1 pode ser preferível para uso na recuperação de estruvita.

42 / 46 Exemplo 5 - Efeito do Tempo de Hidratação

[00131] As pastas fluidas aquosas de MgO do Fornecedor 2 e de MgO do Fornecedor 1 foram preparadas e proporcionaram várias hidratações. Uma pasta fluida aquosa de MgO que foi hidratada por 48 horas apareceu seca, indicando que o MgO provavelmente havia se convertido inteiramente em Mg(OH)2(s). As pastas fluidas aquosas de MgO do Fornecedor 2 e de MgO do Fornecedor 1 foram preparadas com os seguintes tempos de hidratação: 15 minutos, cerca de 20 horas e 36 horas. Cada pasta fluida foi adicionada a uma amostra de uma solução aquosa contendo P (licores de remoção de água de digestores anaeróbicos de usina de tratamento de águas residuais municipais) e a remoção de P (%) foi comparada. Os resultados são mostrados na figura. 7. As pastas fluidas de MgO que hidrataram por 36 horas foram menos eficazes na remoção de P do que as pastas fluidas de MgO que hidrataram por 20 horas. As pastas fluidas de MgO que hidrataram por 15 minutos foram menos eficazes para a remoção de P. As pastas fluidas de MgO preparadas com ácido efetuaram uma maior remoção de P do que as pastas fluidas de MgO preparadas sem ácido. Exemplo 6 - Efeito da temperatura

[00132] O efeito da temperatura na hidratação foi testado aquecendo pastas fluidas aquosas de MgO preparadas de MgO do Fornecedor 2 e de MgO do Fornecedor 1 na presença e na ausência de ácido. O tempo de hidratação foi de 15 minutos. Como mostrado nas FIGs. 11 e 12, o aumento da temperatura ambiente para mais de 55 C teve pouco efeito na remoção de P (%) (isto é, Frascos 4, 13, 9 e 15). A adição de ácido melhorou a remoção de P (%) em temperatura ambiente (isto é, Frascos 2 e 7). Exemplo 7 - Efeito do Tempo De Retenção

[00133] O efeito do tempo de reação na remoção de P (%) foi testado para pastas fluidas aquosas de MgO do Fornecedor 2 e de MgO do Fornecedor 1 preparadas com e sem ácido (pastas fluidas de MgO a 10% com e sem dose

43 / 46 molar de 0,2:1 de H2SO4:MgO). Foi usado um reator de leito fluidizado do tipo descrito em Britton, publicação WO 2012/119260, intitulada “Reactor for Precipitating Solutes from Wastewater and Associated Methods”. O reator tinha um volume de aproximadamente 168 m3 até o fundo do coletor de reciclo. Como mostrado na FIG. 10, a remoção de P (%) foi determinada após tempos de reação de 6,5 minutos (que é o HRT do reator) 15 minutos e 60 minutos. A FIG. 11 mostra o pH de cada solução aquosa. A remoção de P (%) foi maior para a amostra de 15 minutos do que para a amostra de 6,5 minutos, o que pode estar relacionado ao aumento do pH observado de 0,2 após o maior tempo de reação.

[00134] NaOH foi adicionado para aumentar o pH de cada mistura acima de 8 e a remoção de P (%) foi determinada após tempos de reação de 6,5 minutos, 15 minutos e 60 minutos. A razão de Mg:P (mol:mol) foi de 1,25:1 para cada amostra. A remoção de P (%) também foi determinada para uma amostra de MgCl2 com NaOH adicionado para aumentar o pH acima de 8. Os resultados são mostrados na FIG. 12.

[00135] As pastas fluidas de MgO mostraram aumento do desempenho de remoção de P com aumento do tempo de reação e da adição de ácido; abordando o desempenho de fontes solúveis de Mg (MgCl2) e agentes cáusticos aos 60 minutos de tempo de reação. Exemplo 8 - Demonstrações em escala real

[00136] Reatores de leito fluidizado comerciais em escala real foram usados para testar o uso de uma fonte de Mg de baixa solubilidade, especificamente MgO, na precipitação de águas residuais. Dois experimentos de demonstração em escala real foram realizados. Diferentes fontes de MgO foram usadas nos dois experimentos. No primeiro experimento, a fonte de MgO era um pó fino de magnesita calcinada com uma distribuição de tamanho de partícula em que cerca de 90% das partículas eram menores do que 75 µm. Uma concentração alvo de MgO de cerca de 12% em peso de MgO foi mantida no

44 / 46 tanque de reação. O carregamento foi de cerca de 65 kg de PO 4-P por dia. O pH da solução no tanque de reação estava na faixa de cerca de 7,5 a cerca de 8,1. O fluxo da pasta fluida hidratada de MgO no tanque de reação foi controlado pela manutenção de uma razão molar de Mg:P no tanque de reação. Amostras do tanque de reação foram coletadas e analisadas para determinar a quantidade de sólidos produzidos na reação e a quantidade de Mg dissolvido que permaneceu no sobrenadante da amostra. A porcentagem de sólidos totais e a quantidade de Mg dissolvido detectados nas amostras coletadas foram 18,75% e 0,566 mg/L, respectivamente.

[00137] No segundo experimento, a fonte de MgO era um pó fino de magnesita calcinada com um tamanho de partícula de cerca de 200 mesh (com passagem de cerca de 96%). Uma concentração alvo de MgO de cerca de 20% em peso de MgO foi mantida no tanque de reação. O carregamento foi de cerca de 195 kg de PO4-P por dia. O fluxo da pasta fluida hidratada de MgO para o tanque de reação foi controlado mantendo o pH em cerca de 7,9 a cerca de 8. As amostras do tanque de reação foram coletadas e analisadas para determinar a quantidade de sólidos produzidos a partir da reação e a quantidade de Mg dissolvido permaneceu no sobrenadante da amostra. O percentual de sólidos totais e a quantidade de Mg dissolvido detectados nas amostras coletadas foram 30,21% e 1,36 mg/L, respectivamente.

[00138] Os resultados desses experimentos ilustram que baixas quantidades de Mg livre estão presentes quando a reação está completa. Isso sugere que a maioria do Mg que foi adicionada ao tanque de reação foi usado para formar estruvita.

[00139] Embora uma série de aspectos e formas de realização de exemplo tenham sido discutidos acima, aqueles habilitados na técnica reconhecerão certas modificações, permutações, adições e subcombinações dos mesmos. Pretende-se, portanto, que as seguintes reivindicações anexas e reivindicações apresentadas a seguir sejam interpretadas para incluir todas

45 / 46 essas modificações, permutações, adições e subcombinações que sejam consistentes com a interpretação mais ampla da especificação como um todo. Interpretação de Termos

[00140] A menos que o contexto exija claramente o contrário, ao longo da descrição e das reivindicações: • “cerca de” um valor declarado significa uma faixa de valores que está dentro de mais ou menos 10% do valor declarado (por exemplo, “cerca de 10” significa na faixa de 9 a 11); • “compreende”, “compreendendo” e semelhantes devem ser interpretados em um sentido inclusivo, em oposição a um sentido exclusivo ou exaustivo; ou seja, no sentido de “incluir, mas não se limitar a”; • “nesse documento”, “acima”, “abaixo” e palavras de importância similar, quando usadas para descrever esse relatório descritivo, devem referir-se a esse relatório descritivo como um todo, e não a quaisquer porções particulares desse relatório descritivo; • “ou”, em referência a uma lista de dois ou mais itens, abrange todas as seguintes interpretações da palavra: qualquer um dos itens na lista, todos os itens na lista e qualquer combinação dos itens na lista; • as formas singulares “um”, “uma” e “o” e “a” também incluem o significado de quaisquer formas plurais apropriadas.

[00141] Exemplos específicos de sistemas, métodos e aparelhos foram descritos nesse documento para fins de ilustração. Estes são apenas exemplos. A tecnologia fornecida nesse documento pode ser aplicada a sistemas diferentes dos sistemas de exemplo descritos acima. Muitas alterações, modificações, acréscimos, omissões e permutações são possíveis dentro da prática dessa invenção. Essa invenção inclui variações nas formas de realização descritas que seriam evidentes para o profissional habilitado, incluindo variações obtidas por: substituição de recursos, elementos e/ou atos por recursos, elementos e/ou atos equivalentes; mistura e associação de recursos, elementos e/ou atos de

46 / 46 diferentes formas de realização; combinação de recursos, elementos e/ou atos de formas de realização como descrito nesse documento com recursos, elementos e/ou atos de outra tecnologia; e/ou omissão de combinação de recursos, elementos e/ou atos das formas de realização descritas.

[00142] Pretende-se, portanto, que as seguintes reivindicações anexas e reivindicações introduzidas a seguir sejam interpretadas como incluindo todas as modificações, permutações, adições, omissões e subcombinações que possam ser razoavelmente inferidas. O escopo das reivindicações não deve ser limitado pelas formas de realização preferidas apresentadas nos exemplos, mas deve receber a interpretação mais ampla consistente com a descrição como um todo.

Claims

1 / 11 REIVINDICAÇÕES

1. Método para precipitar materiais dissolvidos de uma solução aquosa, o método caracterizado pelo fato de que compreende: introdução da solução aquosa contendo os materiais dissolvidos em um reator; e introdução de uma fonte de magnésio (Mg) no reator em uma quantidade suficiente para fazer com que os materiais dissolvidos na solução aquosa precipitem em cristais, em que a fonte de Mg é introduzida no reator na forma de partículas de um material contendo Mg, e em que a fonte de Mg tem uma solubilidade na solução aquosa menor que cerca de 1 g/L e/ou a concentração de Mg disponível no reator é menor que cerca de 0,03 mol/L.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg é introduzida como uma pasta fluida hidratada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente preparar a pasta fluida hidratada adicionando água à fonte de Mg e embebendo a fonte de Mg por um tempo de hidratação antes de introduzir a pasta fluida hidratada no reator.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg tem uma solubilidade em solvente aquoso de cerca de 5 mg/L a cerca de 500 mg/L.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg tem uma solubilidade em solvente aquoso de cerca de 5 mg/L a cerca de 150 mg/L.

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6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende manter a concentração de Mg no reator na faixa de cerca de 0,1 mmol/L a cerca de 0,03 mol/L.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg tem um tamanho de partícula menor que cerca de 50 µm.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg tem um tamanho de partícula na faixa de cerca de 10 µm a cerca de 30 µm.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg tem um tamanho de partícula na faixa de cerca de 100 mesh a cerca de 400 mesh.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente manter o pH da solução aquosa a um pH maior que cerca de 7.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pH da solução aquosa é mantido pela adição de um ácido ou uma base à pasta fluida hidratada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o pH da solução aquosa é mantido controlando a quantidade da fonte de Mg presente na solução aquosa.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a quantidade da fonte de Mg presente na solução aquosa é controlada por:

3 / 11 medir o pH da solução aquosa em tempo real; comparar o pH medido com um pH alvo; ajustar o pH introduzindo a fonte de Mg na solução aquosa de modo que o pH da solução aquosa seja alterado em direção ao pH alvo.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o pH alvo é maior que 7.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a introdução da fonte de Mg no reator em um intervalo de tempo predefinido.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o intervalo de tempo predefinido é de cerca de 30 segundos a cerca de 5 minutos.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg compreende uma fonte de Mg de baixa solubilidade, a fonte de Mg de baixa solubilidade compreende um ou mais de: MgO, Mg(OH)2 e um carbonato de magnésio.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o carbonato de magnésio compreende um ou mais de sal anidro de magnesita (MgCO3), barringtonita (MgCO3•2H2O), nesqueonita (MgCO3•3H2O), lansfordita (MgCO3•5H2O), artinita (MgCO3•Mg(OH)2•3H2O), artinita (4 MgCO3Mg(OH)2•4H2O), dippingita (4 MgCO3Mg(OH)2•5H2O), cal dolomítica e calcário.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de baixa solubilidade de Mg compreende MgO.

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20. Método, de acordo com a reivindicação 19 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o MgO é preparado a uma temperatura de calcinação por um período de tempo suficiente para produzir partículas de MgO e a temperatura de calcinação está na faixa de cerca de 600 C a cerca de 1.200 C.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19 ou 20 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o período de tempo está na faixa de cerca de 1 a 3 horas.

22. Método, de acordo com a reivindicação 3 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o tempo de hidratação está entre cerca de 15 minutos e cerca de 36 horas.

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar um ácido à pasta fluida hidratada antes de introduzir a pasta fluida hidratada no reator.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que cerca de 0,4:1 equivalentes molares do ácido são adicionados à pasta fluida hidratada.

25. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 23 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o ácido é um ácido forte.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o ácido é um ou mais de: ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido nítrico.

27. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 23 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o ácido é um ácido fraco.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o ácido é

5 / 11 ácido acético, ácido cítrico ou ácido oxálico.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg reage com a solução aquosa por um tempo de reação menor que cerca de 60 minutos.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg reage com a solução aquosa por um tempo de reação de cerca de 30 minutos a cerca de 60 minutos.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o tanque do reator é operado sob condições de alto crescimento de cristal.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o carregamento do tanque do reator está acima de um limiar para atingir uma alta taxa de crescimento de cristais.

33. Método, de acordo com a reivindicação 31 ou 32 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o carregamento é de cerca de 5 g de PO4-P/min/m3 ou mais no tanque do reator.

34. Método, de acordo com a reivindicação 31 ou 32 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o carregamento é de 50 g de PO4-P/min/m3 ou mais no tanque do reator.

35. Método, de acordo com a reivindicação 31 ou 32 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o carregamento é de 250 g de PO4-P/min/m3 ou mais no tanque do reator.

36. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 33 a 35, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa tem uma concentração de fósforo na faixa de cerca de 40 mg/L a cerca de 10.000 mg/L.

37. Método, de acordo com a reivindicação 1 (ou qualquer outra

6 / 11 reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de Mg compreende uma fonte de alta solubilidade de Mg e uma fonte de baixa solubilidade de Mg, a fonte de alta solubilidade de Mg compreende MgCl2 ou MgSO4 e a fonte de baixa solubilidade de Mg compreende um ou mais de: MgO, Mg(OH)2 e um carbonato de magnésio.

38. Método, de acordo com a reivindicação 37 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a fonte de alta solubilidade de Mg e a fonte de baixa solubilidade de Mg são introduzidas no reator simultaneamente.

39. Reator do tipo de leito fluidizado para precipitar materiais dissolvidos de uma solução aquosa, o reator caracterizado pelo fato de que compreende: um tanque de reação tendo uma entrada e uma saída; e um tanque de hidratação associado ao tanque de reação e configurado para hidratar uma fonte de magnésio (Mg) em um solvente aquoso e introduzir a fonte de Mg como uma pasta fluida hidratada no tanque de reação.

40. Reator, de acordo com a reivindicação 39 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma válvula de controle configurada para controlar um fluxo da pasta fluida hidratada do tanque de hidratação para o tanque de reação.

41. Reator, de acordo com a reivindicação 39 ou 40 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um trajeto de reciclo associado ao tanque de reação e configurado para retirar solução de uma parte do tanque de reação e retornar pelo menos uma porção da solução removida para outra parte do tanque de reação. 42 Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 39 a 41 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma sonda de pH para medir um pH

7 / 11 do solvente aquoso no tanque de reação.

43. Reator, de acordo com a reivindicação 42 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um controlador conectado à sonda de pH e à válvula de controle, o controlador controla a abertura e o fechamento da válvula de controle em resposta a uma mudança de pH do solvente aquoso no tanque de reação.

44. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 39 a 43 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o tanque de hidratação compreende um primeiro injetor de ácido configurado para dosar controladamente um ácido para a pasta fluida hidratada no tanque de hidratação.

45. Reator, de acordo com a reivindicação 44 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o reator compreende um segundo injetor de ácido que é configurado para dosar de forma controlada um ácido no fluxo de solução no trajeto de reciclo.

46. Reator, de acordo com a reivindicação 45 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o reator compreende um injetor de base que é configurado para dosar de forma controlada uma base no fluxo de solução no tanque de reação.

47. Reator, de acordo com a reivindicação 46 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o injetor de base é localizado a jusante do injetor de ácido.

48. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 47 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o trajeto de reciclo compreende um tanque de tratamento de partículas finas.

49. Reator, de acordo com a reivindicação 48 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende

8 / 11 adicionalmente um dispositivo de separação de sólidos a montante do tanque de tratamento de partículas finas.

50. Reator, de acordo com a reivindicação 49 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o trajeto de reciclo compreende um dispositivo de separação de sólidos a montante do tanque de tratamento de partículas finas, e o dispositivo de separação de sólidos é configurado para separar sólidos do líquido no trajeto de reciclo.

51. Reator, de acordo com a reivindicação 39 ou 40 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma malha de pasta fluida configurada para circular a pasta fluida hidratada para dentro e para fora do tanque de hidratação.

52. Reator, de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de que compreende uma entrada que conecta a malha de pasta fluida ao tanque de reação.

53. Método para preparar estruvita ou um análogo de estruvita, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um vaso de reator em que, em pelo menos uma porção do vaso de reator, uma área da seção transversal do vaso de reator aumenta com a elevação; manter um leito fluidizado segregado por tamanho de grânulos na porção do vaso do reator, escoando uma solução compreendendo fosfato para cima através da porção do reator, em que uma velocidade de fluido para cima da solução escoante diminui com a elevação na porção do reator; introduzir partículas finas de uma fonte de magnésio de baixa solubilidade no reator e permitir que as partículas finas se dispersem no leito fluidizado; e remover alguns dos grânulos do leito fluidizado.

54. Método, de acordo com a reivindicação 53 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que as

9 / 11 partículas finas compreendem óxido de magnésio.

55. Método, de acordo com a reivindicação 53 ou 54 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que as partículas finas têm tamanhos de SGN 100 ou menor.

56. Método, de acordo com a reivindicação 53 ou 54, caracterizado pelo fato de que as partículas finas têm diâmetros de 0,1 mm ou menos.

57. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 53 a 56 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende a manutenção de um pH em um ponto de ajuste de pH igual ou maior que 7,5 em pelo menos uma parte do vaso do reator.

58. Método, de acordo com a reivindicação 57 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que o ponto de ajuste de pH é pelo menos pH 8.

59. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 53 a 58 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende o reciclo da solução no vaso do reator através de um trajeto de reciclo que se estende de uma elevação no vaso do reator acima do leito fluidizado até uma elevação no reator vaso que está abaixo do leito fluidizado.

60. Método, de acordo com a reivindicação 59 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende a captura ou redissolução de partículas de estruvita no trajeto de reciclo.

61. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 53 a 60 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a introdução de partículas finas de uma fonte de baixa solubilidade de magnésio no reator compreende a introdução de uma pasta fluida das partículas finas no vaso do reator.

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62. Método, de acordo com a reivindicação 61, caracterizado pelo fato de que compreende a preparação da pasta fluida misturando as partículas finas com água e permitindo que as partículas permaneçam em contato com a água por um período de pelo menos alguns minutos antes de introduzir a pasta fluida no vaso do reator.

63. Método, de acordo com a reivindicação 61 ou 62 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende injetar a pasta fluida no vaso do reator em uma localização abaixo do leito fluidizado.

64. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 61 a 63 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende misturar um ácido com a pasta fluida antes de introduzir a pasta fluida no vaso do reator.

65. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 61 a 64 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que compreende o controle de um pH em uma localização no vaso do reator por adição da pasta fluida.

66. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 61 a 65 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a pasta fluida é tamponada a um pH alcalino.

67. Método, de acordo com a reivindicação 66 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a pasta fluida é tamponada a um pH de pelo menos 7,5.

68. Método, de acordo com a reivindicação 67 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a pasta fluida é tamponada a um pH de cerca de 8.

69. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 53 a 68 (ou qualquer outra reivindicação nesse documento), caracterizado pelo fato de que a solução compreende águas residuais municipais ou agrícolas.

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70. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende novo recurso da invenção, combinação de recursos ou subcombinação de recursos divulgados nesse documento.

71. Métodos, caracterizados pelo fato de que compreendem qualquer nova(o) (s)etapa, ato, combinação de etapas e/ou atos ou subcombinação de etapas e/ou atos da invenção descrita(o)(s) nesse documento.

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