BRPI0515105B1 - processo para a remoção simultânea de bod e fosfato de um líquido contendo amônio, bod, fosfato e magnésio, e, aparelho para a remoção simultânea de bod e fosfato de um líquido - Google Patents

Abstract

processo para a remoção simultânea de bod e fosfato de um líquido contendo amônio, bod, fosfato e magnésio, e, aparelho para a remoção simultânea de bod e fosfato de um líquido a invenção é direcionada um processo para a remoção simultânea de bod e fosfato de um líquido contendo amônio, bod, fosfato e magnésio, o método compreendendo: alimentar o líquido a um reator contendo biomassa de oxidação de bod; garantir que o líquido no reator contenha um excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação a fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita; oxidar pelo menos parte do bod; ajustar o ph do líquido no reator em um valor desejado; formar o material sólido no reator, o material sólido compreendendo estruvita; separar pelo menos parte do material sólido compreendendo estruvita do efluente de reator; devolver uma parte do material sólido ao reator. a invenção também é direcionada a um reator para este processo. a vantagem do processo e do aparelho é que em um reator tanto bod quanto fosfato são removidos do líquido.

Description

“PROCESSO PARA A REMOÇÃO SIMULTÂNEA DE BOD E FOSFATO DE UM LÍQUIDO CONTENDO AMÔNIO, BOD, FOSFATO E MAGNÉSIO, E, APARELHO PARA A REMOÇÃO SIMULTÂNEA DE BOD E FOSFATO DE UM LÍQUIDO” Campo da invenção A presente invenção diz respeito a um processo para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido contendo amônio, BOD e fosfato e a um aparelho para o uso em um tal processo.

Fundamentos da técnica Em aplicações de água municipais e industriais a água residual poluída com fosfato é gerada e as técnicas de remoção de fosfato podem ser aplicadas para o tratamento da água residual. Os processos convencionais são fundamentados na fixação em lodo ativado ou na precipitação de fosfato como sal de cálcio ou ferro. O último processo gera quantidades muito grandes de um lodo rico em água, que tem que ser disposto de custos continuamente crescentes. Para minimizar os custos de disposição, o lodo é frequentemente desidratado mecanicamente antes da disposição. Tipicamente, mesmo depois da desidratação, o teor de água do lodo corresponde ainda a 60 % a 85 % e uma parte relativamente grande dos custos de disposição vem da disposição cara de água. Devido ao teor de água alto e à qualidade baixa da rama residual, a reutilização do fosfato não é uma opção economicamente atrativa. A US 5126049 descreve um processo para o tratamento de água bruta, compreendendo a desnitrificação biológica de água na presença de bactérias para produzir um abastecimento de água tendo um teor de nitrogênio reduzido e bactérias contendo nitrogênio ligado à célula. O abastecimento de água tendo teor de nitrogênio reduzido é aerado para liberar o dito nitrogênio ligado à célula na forma de íons amônio (íons que não nitrato ou nitrito). Os íons amônio são precipitados na forma de estruvita tratando-se o abastecimento de água com íons magnésio e íons fosfato em um reator para produzir um abastecimento substancialmente isento de nitrogênio de água. De modo a atingir condições ideais para a reação biológica, álcool, açúcar ou ácido orgânico são adicionados como uma fonte de carbono para as bactérias. A precipitação preferivelmente inclui tratar a água com íons magnésio e fosfato para precipitar os íons amônio na forma de estruvita (MgNELtPO^ MAP). Este processo de purificação requer pelo menos quatro reatores e vasos: um reator de desnitrificação, um vaso de aeração, um segundo reator para a formação de estruvita e um vaso de filtração ou sedimentação (reservatório). A EP1496019 (W00308699) divulga um processo e um aparelho para recuperar o fosfato de magnésio amônio como cristais de MAP da água residual contendo substância orgânica de concentração alta, fósforo e nitrogênio tais como um líquido sobrenadante digerido de esgoto humano e lodo de reservatório séptico, um líquido digerido de lodo e água residual vegetal química. O processo de tratamento do lodo compreende tratar um líquido misto de lodo formado no sistema de tratamento biológico para a água residual orgânica em um reservatório de digestão anaeróbica para efetuar a digestão do lodo, simultaneamente adicionando uma fonte de magnésio ao reservatório de digestão anaeróbica para permitir que as partículas de cristal de MAP se formem e cresçam no reservatório de digestão anaeróbica, retirando um líquido misto de lodo contendo os cristais de MAP do reservatório de digestão anaeróbica, separando e recuperando os sólidos contendo partículas de cristal de MAP do líquido misto de lodo retirado, e devolvendo parte do líquido misto de lodo depois de separação e recuperação de partículas de cristal de MAP ao reservatório de digestão anaeróbica.

Os processos alternativos podem compreender a cristalização de estruvita, por exemplo, usando-se um material base adequado como areia ou minerais (processo Crysíalactor®) ou usando-se grânulos (processo “Phosnix”). Em um processo da técnica, usando um Crystalactor®, a água residual é tratada em um reator biológico anaeróbico por causa da produção baixa de lodo, o consumo baixo de energia e a produção de biogás. O efluente é refinado em uma planta de tratamento biológico aeróbica. O fosfato é removido por cristalização de estruvita em um segundo reator, alimentando-se as soluções de MgCU e NaOH em uma parte do efluente do estágio anaeróbico. No processo “Phosnix”, um outro processo da técnica, a água residual contendo fosfato é alimentada em um vaso de reação onde o magnésio é dosado, o pH é controlado e os cristais de MAP finos são formados. Na parte de fundo do vaso de reação, os grânulos de MAP fluidizados por ar são retidos e os cristais de MAP finos fixam na superfície dos grânulos aumentando seu tamanho. Os grânulos de MAP crescidos são descarregados periodicamente do fundo do vaso de reação.

Uma desvantagem do processo e do aparelho da técnica anterior é que ele apenas fornece recursos para remover o fosfato, mas a BOD (demanda de oxigênio biológico) não é removida ou BOD e fosfato têm que ser removidos em reatores diferentes. Uma outra desvantagem é que os produtos químicos extras podem ser necessários para controlar o pH.

Sumário da invenção Conseqüentemente, é um objetivo da invenção fornecer um processo que supera parcial ou completamente as desvantagens mencionadas acima. De acordo com a invenção, é fornecido um processo para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido contendo amônio, BOD, fosfato e magnésio, o processo compreendendo: a) alimentar o líquido a um reator contendo biomassa de oxidação de BOD; b) garantir que o líquido no reator contenha um excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação ao fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita; d) oxidar aerobicamente pelo menos parte da BOD no reator; e) ajustar o pH do líquido no reator em um valor de 7,5 a 11; f) formar o material sólido no reator, o material sólido compreendendo estruvita; g) separar pelo menos parte do material sólido compreendendo a estruvita do efluente de reator; h) devolver uma parte do material sólido ao reator; e i) manter um tempo de retenção de bíomassa da biomassa no reator tal que a nitrificação de amônio no reator é de 25 % ou abaixo.

Em um outro aspecto, a invenção é direcionada a um aparelho para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido, o aparelho compreendendo: a) um reator, o reator compreendendo: i) uma entrada para o líquido; ii) uma entrada e um distribuidor para um gás contendo oxigênio; iii) uma saída para o gás contendo dióxido de carbono; iv) uma saída para um efluente de reator; v) opcionalmente um ou mais meios selecionados do grupo que consiste de meios para medir e/ou meios para controlar uma concentração de amônio, uma concentração de fosfato, uma concentração de magnésio, uma concentração de oxigênio, a temperatura e o pH; b) um separador para separar o material sólido do líquido no reator; c) uma linha de retomo conectando o separador e o reator para devolver pelo menos parte do material sólido ao reator. A vantagem do processo e do aparelho da invenção é que em um reator tanto BOD quanto fosfato são removidos do líquido, ao contrário dos processos ou aparelho da técnica anterior. Uma outra vantagem do processo é que o uso da base é reduzido retirando-se o C02 do líquido.

Diferentemente de por exemplo, EP1496919 a presente invenção fornece vantajosamente a combinação da oxidação aeróbica de BOD e a formação de MAP em um reator.

Figuras A Figura 1 representa esquematicamente uma forma de realização do aparelho da invenção para realizar o processo da invenção;

As Figuras 2a e 2b descrevem esquematicamente as formas de realização do aparelho e processo da invenção com reatores adicionais possíveis.

Descrição da invenção O líquido que pode ser submetido ao processo da invenção, por exemplo, no aparelho da invenção, por exemplo, pode ser uma corrente residual municipal, como esgoto, ou uma corrente residual de uma planta ou um efluente industrial. Tais correntes residuais podem compreender como BOD por exemplo, proteínas, ácidos graxos, etc., isto é, materiais orgânicos e/ou compostos de enxofre reduzido como sulfeto, que podem ser biologicamente oxidados. Com respeito à demanda de oxigênio biológico e químico, os termos conhecidos à pessoa habilitada na técnica: a demanda de oxigênio químico (COD) é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar compostos oxidáveis de água residual como material orgânico mas por exemplo, também enxofre. A demanda de oxigênio bioquímico (BOD) refere-se à quantidade de oxigênio que é consumida pelas bactérias (e protozoários) oxidando-se os orgânicos (e outro material oxidável como por exemplo, S, se presente) em água. Consequentemente, COD compreende BOD e é maior do que BOD. Os métodos para determinar BOD e COD são conhecidos na técnica (como por exemplo, uma determinação manométrica de BOD com um BODTrak da Hach Lange). O líquido, por exemplo, uma corrente residual, usualmente compreenderá água como líquido e como carregador do BOD/COD. O líquido ou corrente líquida também podem ser obtidos misturando-se BOD sólida ou líquida por exemplo, à água. O líquido é alimentado como corrente líquida a um reator. Por via de exemplo, o líquido pode compreender cerca de 0,02 a 20 grama/1 de BOD, preferivelmente 0,1 a 5 grama/1 de BOD, não obstante a quantidade também pode ser maior ou menor, por exemplo, dependendo do tipo de água residual. A BOD que não é biologicamente oxidada no reator pode ser devolvida ao reator por exemplo, em uma corrente líquida ou pode ser tratada com outras técnicas conhecidas à pessoa habilitada na técnica para remover ainda BOD. O pH do líquido, especialmente o pH do líquido no reator pode ser ajustado a cerca de 7,5 a 11 retirando-se CO2, se necessário com adição de bases (cáusticos). Preferivelmente, nenhuma base é adicionada e 0 pH é ajustado e/ou mantido removendo-se (retirando-se) C02. Esta retirada de C02 pode ser obtida aerando-se 0 líquido antes e/ou no reator. Para este propósito, 0 reator pode ter uma ou mais entradas para ar e/ou oxigênio, como por exemplo, aeradores, e também uma ou mais saídas para um gás compreendendo C02. Pelo menos parte do aumento de pH necessário é preferivelmente realizado pela retirada de C02 como uma conseqüência da aeração do reator, deste modo diminuindo a quantidade de produtos químicos necessários para controlar 0 pH. Se necessário, entretanto, 0 pH pode ser ainda aumentado e controlado adicionando-se materiais alcalinos, como por exemplo, NaOH, MgO, Mg(OH)2, Na2C03, etc. Preferivelmente, 0 pH é ajustado usando-se por exemplo, MgO ou Mg(OH)2 ou ambos. Preferivelmente, 0 pH do líquido no reator está entre cerca de 7,5 e 9,5, mais preferivelmente entre cerca de 8 e 9. Depois do efeito de retirar 0 C02 fomecendo-se ar ou oxigênio, também 0 oxigênio é fornecido às bactérias.

Em uma forma de realização da invenção, um processo é usado em que um tempo de retenção de biomassa é escolhido tal que a BOD é pelo menos parcialmente oxidada. Preferivelmente, BOD é substancialmente oxidada (em uma forma de realização pelo menos 90 % em peso, preferivelmente pelo menos 95 % em peso). Além disso, o tempo de retenção de biomassa é preferivelmente escolhido tal que o crescimento de espécies que oxidam amônio é diminuído. Deste modo, o amônio é substancialmente não oxidado. Preferivelmente, o tempo de retenção de lodo (isto é, o tempo de retenção de biomassa) no reator é mantido mais baixo do que o tempo de duplicação de bactérias que oxidam amônio (bactérias de nitrifícação como Nitrosomonas Europaea, Nitrosomonas Oligotropha, Nitrosomonas Communis e Nitrobacter Agilis), por exemplo um SRT de cerca de 18 h em uma temperatura de 35° C, ou por exemplo, um SRT de cerca de 35 h a cerca de 20° C. Para os exemplos de bactérias de nitrifícação e suas taxas de crescimento, ver por exemplo, J.H. Hunik, J. Tramper, R.G. Wijffels, Bioprocess Engineering 11 (1994) 73-82, que é aqui incorporado por referência. Preferivelmente, o SRT é de cerca de 4 a 25 h a cerca de 35° C, e cerca de 4 a 40 h a cerca de 20° C. No geral, o SRT é cerca de 4 a 25 h, preferivelmente cerca de 8 a 22 h. Em uma forma de realização, também os inibidores de nitrifícação (como por exemplo, diciandiamida ou pirazolfosfato de dimetila) podem ser adicionados ao líquido. O tempo de duplicação de bactérias que oxidam amônio em um efluente (de por exemplo, um digestor) contendo BOD, biomassa, amônio e fosfato, como usado na invenção, é por exemplo, de cerca de 20 h a cerca de 20° C (este tempo dependerá do tipo de bactérias que oxidam amônio presente e pode ser observado como o valor médio). Entre outros, este tempo de duplicação depende da temperatura. Quando da seleção de um tempo de retenção de lodo menor do que este tempo de duplicação, mesmo apenas alguns minutos menos, as condições preferidas da invenção são obtidas, isto é, BOD é pelo menos parcialmente oxidada, mas amônio é substancialmente não oxidado, tal que o amônio pode ser usado para formar a estruvita. Em uma forma de realização da invenção, o tempo de retenção de lodo (tempo de retenção de biomassa) é de cerca de 10 a 99 % do tempo de duplicação das bactérias que oxidam amônio no reator (durante o processo da invenção), mais preferivelmente cerca de 40 a 85 % do tempo de duplicação das bactérias que oxidam amônio no reator. O tempo de duplicação de bactérias que oxidam amônio pode ser avaliado por métodos conhecidos à pessoa habilitada na técnica.

Em uma outra forma de realização preferida, o tempo de retenção de lodo (isto é, o tempo de retenção de biomassa) no reator é mantido mais baixo do que o inverso da taxa de crescimento (definida como 1/h) das bactérias que oxidam amônio (bactérias de nitrifícação como Nitrosomonas Europaea, Nitrosomonas Oligotropha e Nitrosomonas Communis). Em uma forma de realização da invenção, o tempo de retenção de lodo (tempo de retenção de biomassa) é de cerca de 10 a 99 % do inverso da taxa de crescimento das bactérias que oxidam amônio no reator (durante o processo da invenção), mais preferivelmente cerca de 40 a 85 % do inverso da taxa de crescimento das bactérias que oxidam amônio no reator. As taxas de crescimento (taxas de crescimento máximas específicas) para várias bactérias de nitrifícação são por exemplo, avaliadas em J.H. Hunik, J. Tramper, R.G. Wijffels, Bioprocess Engineering 11 (1994) 73-82, que é aqui incorporado por referência (por exemplo, a taxa de crescimento inversa de N. europaea é de 146 h a T C). As taxas de crescimento e o tempo de duplicação das bactérias que oxidam amônio podem ser avaliados a partir do equilíbrio em massa (ver abaixo) ou por exemplo, por testes em lote, em que a biomassa é removida do reator e subsequentemente aerada. A partir da taxa em que o nitrato e nitrito é formado, a taxa de crescimento pode ser determinada.

Como mencionado acima, o tempo de retenção de biomassa é preferivelmente escolhido tal que o crescimento de espécies que oxidam amônio é diminuído. Deste modo, o amônio é substancialmente não oxidado. Conseqüentemente, em uma forma de realização preferida, o tempo de retenção de biomassa (SRT) é escolhido tal que a nitrifícação no reator (em que BOD é pelo menos parcialmente oxidada por bactérias aeróbicas) é 25 % (% em mol) ou abaixo (isto é, 25 %), preferivelmente 5 % ou abaixo. Isto significa que 25 % ou abaixo, preferivelmente 5 % ou abaixo do amônio alimentado neste reator são convertidos a nitrato e nitrito no reator. Deste modo, o amônio é substancialmente não oxidado e as bactérias de nitrifícação não acumulam. Para ajustar o tempo de retenção de biomassa (ou a extensão da nitrifícação) um modo preferido é monitorar o equilíbrio em massa de amônio, nitrato e nitrito. Isto podem ser feito com meios conhecidos na técnica (como por exemplo, o teste Cuvette da Hach Lange). Acima de 25 %, preferivelmente acima de 10 % e mais preferivelmente acima de 5 % de conversão o tempo de retenção de lodo será encurtado tal que o crescimento de espécies que oxidam amônio é diminuído e a nitrifícação é mantida abaixo de 25 % (ou mais baixo). Conseqüentemente, de acordo com uma forma de realização da invenção, é fornecido um processo compreendendo manter um tempo de retenção de biomassa da biomassa no reator tal que a nitrifícação de amônio no reator é 25 % ou abaixo. Uma vantagem de “simplesmente” usar o equilíbrio em massa, isto é, monitorar a formação de nitrato e/ou nitrito, é que a necessidade da nitrifícação de 25 % ou abaixo, preferivelmente 10 % ou abaixo e mais preferivelmente 5 % ou abaixo aplica-se para todas as temperaturas aplicadas, ao passo que os valores do tempo de duplicação ou taxa de crescimento das bactérias de nitrifícação dependem da temperatura aplicada (ver por exemplo, figuras 3a,b em J.H. Hunik, J. Tramper, R.G. Wijffels, Bioprocess Engineering 11 (1994) 73-82). Em uma forma de realização, pelo menos o nitrito é monitorado e em uma outra forma de realização a formação tanto de nitrito quanto de nitrato é monitorada. A concentração de oxigênio preferivelmente está entre cerca de 0,1 a 10 mg/1, mais preferivelmente cerca de 0,1 a 4 mg/1 de (½. Visto que a biomassa de oxidação de BOD também pode compreender oxidadores de amônio (como por exemplo, Nitrosomonas etc.), a concentração de oxigênio pode ser escolhida abaixo de cerca de 2 mg/1 de 02, mais preferivelmente abaixo de cerca de 1 mg/1 de 02 (que também depende da temperatura) de modo a suprimir o crescimento de bactérias de nitrificação. A concentração de oxigênio pode ser controlada mudando-se o abastecimento de ar ao reator ou reduzindo-se o teor de oxigênio no ar reciclando-se o ar no reator. Para este fim, o aparelho da invenção pode compreender ainda uma unidade que recicla pelo menos parte do gás no líquido no reator de volta ao reator como alimentação de gás contendo oxigênio. O tempo de retenção de lodo pode ser aumentado quando da escolha de concentrações de 02 baixas.

Para oxidar aerobicamente pelo menos parte da BOD no reator, o líquido pode conter biomassa de oxidação de BOD, ou a biomassa de oxidação de BOD pode ser adicionada ao reator, por exemplo, durante o processo ou antes de iniciar o processo da invenção. A biomassa pode ser biomassa aeróbica normal, como por exemplo, bactérias, fungos, e protozoários, etc., como por exemplo, obtida de lodo (uma mistura consolidada de sólidos e água, por exemplo, produzida em um planta de tratamento de água residual, um planta de tratamento de água residual municipal, etc., como conhecido à pessoa habilitada na técnica). A quantidade de biomassa de oxidação de BOD é preferivelmente cerca de 0,1 a 5 quilograma/m3 no reator, A razão em peso de BOD para amônio no líquido da etapa a) por exemplo pode estar entre cerca de 0,01 e 100, mais preferivelmente entre cerca de 0,1 e 10 (BOD em peso/amônio em peso). O líquido a ser tratado compreende ainda fosfato (PO43') e amônio (NH4+). As correntes residuais características contendo BOD, fosfato e amônio são por exemplo, efluentes de digestores (plantas digestoras) e plantas de tratamento de água residual anaeróbicas. O amônio e/ou fosfato também podem ser adicionados ao líquido se um ou ambos deles não estão presentes no líquido ou a quantidade não é suficiente. No caso do magnésio (Mg) não estar presente no líquido, ou existir uma deficiência de Mg no líquido, Mg também pode ser adicionado. A fonte de Mg pode compreender pelo menos um de MgO, MgCl2 e/ou Mg(OH)2, etc. Consequentemente, no contexto da invenção “alimentando um líquido contendo amônio, BOD, fosfato e magnésio” significa que um tal líquido é fornecido no reator, e compreende por exemplo, a situação que um líquido contendo BOD, amônio e fosfato é alimentado a um reator, e a biomassa e magnésio são adicionados ao líquido antes de entrar no reator e/ou enquanto estando no reator, isto é, cada componente individual é adicionado ao reator tal que um líquido contendo biomassa, BOD, fosfato, amônio e magnésio é obtido, mas um ou mais destes componentes podem ser adicionados como alimentação(ões) separadas ao reator; todos os componentes não precisam estar contidos no líquido introduzido ao reator.

Quando da realização do processo da invenção, uma pessoa garante que o líquido contenha um excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação ao fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita (MgNH4P04 (que também pode conter água cristalina: usualmente MgNH4P04.6H20)). Isto pode requerer medir as concentrações das espécies respectivas (NH4, P04" e Mg) e quando necessário adicionando amônio e/ou magnésio de modo a obter o excesso desejado (um excesso pára a estequiometria com respeito à estruvita). A frase “excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação ao fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita” neste contexto significa que dependendo da concentração de fosfato, ou onde aplicável a concentração de fosfato e amônio, dependendo da temperatura e pH, e dependendo da concentração de fosfato desejada (ou necessária) no efluente, da quantidade de magnésio (magnésio disponível para a formação de estruvita), ou da quantidade de amônio (amônio disponível para a formação de estruvita), e onde aplicável da quantidade de magnésio e amônio, a ser adicionada ao líquido (antes ou no reator) é escolhida tal que a formação de estruvita é promovida e a concentração de fosfato desejada (mais baixa do que o afluente para o reator) no efluente é obtido. Magnésio ou amônio estão em excesso, mas preferivelmente, tanto magnésio quanto amônio estão em excesso em relação ao fosfato com respeito à estequiometria destas três espécies na estruvita. A frase “excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação ao fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita” diz respeito à concentração de amônio do afluente para o reator da invenção, a concentração de amônio no reator será mais baixa devido à formação de estruvita e devido a alguma nitrificação.

Preferivelmente, o magnésio em excesso é cerca de 1,1 a 10 vezes a quantidade de fosfato (razões molares de Mg/P043' de 1,1 a 10), mais preferivelmente 1,5 a 5. Além disso, preferivelmente, o amônio em excesso é cerca de 1,1 a 100 vezes a quantidade de fosfato (razões molares), mais preferivelmente 5 a 50. Para este propósito, o reator e/ou tubos ou canos para e a partir do reator podem compreender meios para medir a concentração de NH4+, P043 e/ou Mg e para medir o pH, temperatura e/ou concentração de oxigênio. Estes meios são conhecidos à pessoa habilitada na técnica. Garantindo que o líquido (no reator ou no afluente) contenha as quantidades relativas necessárias de NH4+, P043' e Mg, e se necessário também as quantidades de biomassa e BOD, adequadas para realizar o processo da invenção, também pode compreender uma estimativa ocasional ou periódica da concentração, por exemplo, tomando-se as amostras.

Em uma forma de realização da invenção, o líquido, como por exemplo, uma corrente residual de um digestor, é uma corrente de água contendo amônio, BOD e fosfato, em que usualmente o amônio já está presente em um excesso em relação ao fosfato (com respeito à estequiometria de estruvita). Tal líquido também pode conter magnésio. De acordo com a invenção, o processo é realizado tal que é garantido que o líquido no reator contenha um excesso de magnésio em relação à estequiometria de estruvita (isto é, um excesso molar de magnésio em relação ao fosfato) adicionando-se magnésio. Conseqüentemente, é garantido que a quantidade de magnésio presente no reator esteja presente em um excesso molar para o fosfato, que deve ser removido como estruvita.

Aerando-se o líquido, o CO2 é removido e 0 pH aumenta. Como mencionado acima, 0 pH é preferivelmente aumentado e mantido entre cerca de 7,5 e 11, mais preferivelmente entre cerca de 8 e 9. Devido a esta elevação de pH ou devido ao valor de pH do líquido no reator, 0 material sólido é formado no reator. Este material sólido compreende estruvita, formada de NH4+, PO43' e Mg. Entretanto, os valores de pH adequados também dependem da temperatura. Os valores de cerca de 7,5 e 11, mais preferivelmente entre cerca de 8 e 9, são relacionados a um processo que é realizado na temperatura ambiente, por exemplo, cerca de 20° C. Quando as temperaturas mais altas são usadas por exemplo, a cerca de 35° C, 0 valor do pH pode ser escolhido mais alto, por exemplo, cerca de 8,5 a 10 tal que a estruvita é (eficientemente) formada e a concentração de fosfato necessária no efluente é obtida (isto é, a concentração de fosfato máxima que é permitida, por exemplo, por causa de regulações ambientais, ou de outro modo desejada) Com 0 processo e 0 aparelho da invenção, tanto BOD quanto fosfato (e amônio) podem ser removidos por exemplo, de uma corrente de água residual em um reator, ao contrário dos processos conhecidos da técnica. O processo utiliza vantajosamente 0 fosfato e amônio presentes nas correntes de água residual, e selecionando-se um tempo de retenção de lodo tal que 0 amônio é substancialmente não oxidado, BOD e fosfato (e amônio) podem ser (pelo menos parcialmente) removidos em um reator. Deste modo, um processo é fornecido para a remoção simultânea de pelo menos parte da BOD e fosfato, e também pelo menos parte do amônio presente na corrente residual.

Uma parte da estruvita assim formada no reator e uma parte da biomassa presente no reator, sai do reator com uma corrente efluente.

Subseqüentemente, o processo compreende uma etapa de separar pelo menos parte do material sólido (compreendendo estruvita) do efluente de reator, seguido devolvendo-se uma parte do material sólido ao reator. Este pode ser um processo contínuo. Pelo menos uma parte do material sólido, compreendendo biomassa e estruvita, é devolvida ao reator, mas preferivelmente, o processo da invenção compreende ainda um processo em que a estruvita é separada da biomassa no efluente líquido, e substancialmente apenas a estruvita é devolvida ao reator. Isto por exemplo pode, ser feito com um processo e aparelho em que a separação é realizada com um separador de sólido-sólido-líquido de três vias. As formas de realização preferidas da invenção compreendem um processo e aparelho em que esta separação é realizada com um hidrociclone ou separador de lamela, e em que a biomassa (sólida) e estruvita (sólida) são separadas entre si e do efluente líquido. Os hidrociclones e separadores de lamela são conhecidos na técnica, e eles por exemplo, são esquematicamente descritos na US2003/0127379 (separador de lamela), US6706521 (hidrociclone) e US5788842 (hidrociclone), respectivamente, que são incorporados aqui por referência. A vantagem da técnica de usar um hidrociclone ou um separador de lamela é que a matéria sólida com uma taxa de sedimentação maior do que cerca de 0,5 m/h (por exemplo, lodo em flocos), especialmente maior do que cerca de 5 m/h e ainda mais especialmente maior do que cerca de 10 m/h pode ser eficazmente separada. Uma outra vantagem é que a biomassa substancialmente pode ser separada da estruvita. Outros meios dos quais estes separadores também podem ser usados como filtros, clarifícadores, e sistemas de retomo. Conseqüentemente, o tempo de retenção de biomassa (SRT) pode ser controlado por um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de separadores de lamela, filtros, clarifícadores, hidrociclones e sistemas de retomo. Controlando-se o fluxo de retomo do líquido (com lodo) nos separadores de lamela, filtros, clarifícadores, hidrociclones, e/ou sistemas de retomo, o tempo de retenção de biomassa é controlado. Por exemplo, 50 a 90 % em peso da biomassa presente no efluente do reator podem ser devolvidos ao reator. Esta quantidade por exemplo, dependerá da velocidade de fluxo do líquido através do reator, do tempo de retenção de biomassa (tempo de retenção de lodo), da concentração de oxigênio no líquido, etc. Conseqüentemente, em uma forma de realização do aparelho da invenção, o separador para separar o material sólido do líquido no reator compreende um separador a jusante do reator para separar o material sólido do efluente de reator.

Em uma forma de realização preferida o líquido (contendo BOD) e lodo no reator são misturados satisfatoriamente. A mistura pode ser realizada por meios conhecidos na técnica como por exemplo, agitadores, etc., mas preferivelmente, a mistura é realizada pela introdução de um gás (preferivelmente o gás contendo oxigênio) no reator. Preferivelmente, a energia introduzida no líquido no reator está entre cerca de 10 e 500 W/m3, mais preferivelmente entre cerca de 20 e 400 W/m3, ainda mais preferivelmente entre cerca de 50 e 250 W/m3. Para este fim, em uma forma de realização preferida os meios de aeração como pulverizadores ou distribuidores de membrana, ou outros meios para introduzir um gás são arranjados no reator e conectados a um soprador, bomba ou outros meios conhecidos à pessoa habilitada na técnica designados para introduzir o gás no líquido no reator com uma energia entre cerca de 10 e 500 W/m3, mais preferivelmente entre cerca de 20 e 400 W/m, ainda mais preferivelmente entre cerca de 50 e 250 W/m3. Em uma forma de realização alternativa os agitadores ou excitadores, etc. são arranjados no reator, acionados por uma ou mais motores; os excitadores a jato ou injetores de gás rotativos são arranjados no reator, acionados por um ou mais motores e/ou um ou mais sopradores, bombas ou outros meios conhecidos à pessoa habilitada na técnica designados para propelir o gás. Conseqüentemente, em uma forma de realização preferida do processo e aparelho da invenção, os meios são arranjados no reator designado para introduzir uma energia de mistura entre cerca de 10 e 500 W/m3, mais preferivelmente entre cerca de 20 e 400 W/m3, ainda mais preferivelmente entre cerca de 50 e 250 W/m3. Estes meios podem ser selecionados de um ou mais do grupo que consiste de agitadores, excitadores, pulverizadores e distribuidores de membrana, e outros meios conhecidos à pessoa habilitada na técnica. Além disso, em uma forma de realização um ou mais de tubos de elevação, tubos verticais e defletores podem ser arranjados no reator de modo a promover a mistura.

Em uma outra forma de realização, um separador de sólido-sólido de três vias está presente no reator. Nesta forma de realização, o efluente de reator deve ser entendido como o efluente da seção do reator em que BOD é pelo menos parcialmente oxidado e a estruvita é formada (isto é, etapas a a f) do processo da invenção) que é alimentado à seção do reator compreendendo o separador.

Como mencionado acima, a parte do material sólido, mas preferivelmente substancialmente apenas a estruvita é devolvida ao reator depois de ser separada do líquido no separador. Deste modo, o crescimento do cristal dos cristais de estruvita no reator é promovido e cristais maiores podem ser obtidos. Quando do início, uma pessoa pode adicionar cristais de estruvita ou outro material de semente. Durante o processamento, uma pessoa por exemplo pode, manter a quantidade de estruvita no reator acima de um certo nível, por exemplo, acima de cerca de 1 kg/m3 (volume do líquido no reator), preferivelmente pelo menos cerca de 10 kg/m3, por exemplo, cerca de 10 a 50 kg/m3. Durante a operação, também parte da estruvita pode ser obtida como o produto e não é devolvida ao reator. Este produto por exemplo, pode ser usado como um fertilizante e/ou pode ser processado ainda por exemplo, para obter o tamanho de partícula desejado. Em um exemplo característico, a estruvita terá um tempo de parada médio no reator de cerca de 10 a 35 dias, preferivelmente entre cerca de 20 a 30 dias (por exemplo, cerca de 25 dias). O processo e o aparelho da invenção podem ser ainda vantajosamente ampliados com processos adicionais e aparelho ou reatores, que funcionam por exemplo, antecipadamente, paralelos e/ou subsequentes ao processo da invenção, Por exemplo, o aparelho pode compreender um reator anaeróbico a montante do reator a) (em que BOD é aerobicamente tratada e a estruvita formada) para tratar anaerobicamente BOD, isto é, o processo pode compreender ainda uma etapa em que a BOD é anaerobicamente tratada antes da etapa a). Isto por exemplo, pode ser feito com um reator UASB (manta de lodo anaeróbico de fluxo ascendente) ou um reator IC (circulação interna). Nesta etapa (ou reator), o biogás pode ser formado que por exemplo, pode ser usado como combustível para motores ou bombas a gás, etc. (por exemplo, aqueles do aparelho da invenção por si só).

Além disso, o processo e o aparelho da invenção também podem compreender uma etapa e um reator, respectivamente, em que o amônio do reator ou do efluente de reator e/ou gás efluente (ar ou oxigênio, e CO2) do reator compreendendo amônia são alimentados a um outro reator para remover pelo menos parte do amônio por nitrificação e/ou desnitrificação. Isto por exemplo, pode ser feito com um processo que utiliza as bactérias Anammox, como por exemplo, descrito na WO9807664 e EP0327184, que são aqui incorporadas por referência. Até aqui, 0 aparelho da invenção pode compreender um reator aeróbico a jusante do separador b) e/ou a jusante do reator a) (em que BOD é aerobicamente tratada e a estruvita formada). Em uma forma de realização do processo da invenção, 0 amônio é removido do efluente depois de f) usando bactérias de nitrificação. Esta etapa pode ser aplicada quando nem todo 0 amônio foi removido pela reação que forma estruvita (etapa f do processo da invenção). Em uma forma de realização especifica do processo da invenção, 0 amônio é removido do efluente depois de f) usando bactérias de nitrificação e/ou bactérias de desnitrificação, por exemplo, usando bactérias Anammox.

Ainda de acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um processo para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido contendo amônio, BOD, fosfato e magnésio, o método compreendendo: oxidar pelo menos parte da BOD no reator por bíomassa de oxidação de BOD; fornecer um pH do líquido no reator e um teor de Mg do líquido no reator tal que a estruvita pode ser formada; separar pelo menos parte da estruvita assim formada do líquido no reator ou do efluente do reator ou tanto do líquido no reator quanto do efluente do reator; e preferivelmente devolver uma parte do material sólido ao reator.

Ainda de acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um processo para a remoção de BOD de um líquido contendo amônio e BOD e opcionalmente um ou mais selecionados do grupo que consiste de fosfato e magnésio, o processo compreendendo: oxidar pelo menos parte da BOD no reator por biomassa de oxidação de BOD e manter um tempo de retenção de lodo no reator que é mais baixo do que o tempo de duplicação das bactérias de nitrifícação, ou em uma variante, tal que a nitrificação de amônio é de 25 %. Por exemplo, um SRT de 16 h em uma temperatura de 20° C pode ser aplicado. Em uma variação nesta forma de realização, é fornecido um processo para a remoção de BOD de um líquido contendo amônio e BOD e opcionalmente um ou mais selecionados do grupo que consiste de fosfato e magnésio, o processo compreendendo: alimentar o líquido a um reator contendo biomassa de oxidação de BOD; oxidar pelo menos parte da BOD no reator; e manter um tempo de retenção de lodo no reator que é mais baixo do que o tempo de duplicação das bactérias de nitrifícação, ou em uma variante, manter um tempo de retenção de lodo no reator tal que a nitrificação de amônio é de < 25 %. O processo e o aparelho da invenção são mais ilustrados abaixo nas formas de realização.

Claims (16)

1. Processo para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido contendo amônio, BOD, fosfato e magnésio, o processo caracterizado pelo fato de que compreende: a) alimentar o líquido a um reator contendo biomassa de oxidação de BOD; b) garantir que o líquido no reator contenha um excesso para a estequiometria de amônio e magnésio em relação ao fosfato, em que a estequiometria é relacionada à estequiometria de estruvita; d) oxidar aerobicamente pelo menos parte da BOD no reator; e) ajustar o pH do líquido no reator em um valor de 7,5 a 11; f) formar o material sólido no reator, o material sólido compreendendo estruvita; g) separar pelo menos parte do material sólido do efluente de reator; h) devolver uma parte do material sólido ao reator; e i) manter um tempo de retenção de biomassa da biomassa no reator tal que a nitrificação de amônio no reator é de 25 % ou abaixo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda manter um tempo de retenção de biomassa que é mais baixo do que o tempo de duplicação de bactérias de nitrificação.

3. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ajustar o pH do líquido no reator removendo-se CO2.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pH é ajustado entre 8 e 9.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um tempo de retenção de biomassa (SRT) é escolhido entre 4 a 40 h.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tempo de retenção de biomassa é controlado por um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de separadores de lamela, filtros, clarificadores, hidrociclones e sistemas de retomo.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a estruvita é separada da biomassa no efluente líquido.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a separação é realizada com um separador de sólido-sólido-líquido de três vias.

9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a separação é realizada com um hidrociclone ou separador de lamela.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de estruvita no líquido no reator é mantido a pelo menos 5 kg/m3.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o amônio é removido do efluente depois de f) usando bactérias de nitrificação e/ou desnitrificação.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a BOD é anaerobicamente tratada antes da etapa a).

13. Aparelho para a remoção simultânea de BOD e fosfato de um líquido, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: a) um reator, o reator compreendendo: i) uma entrada para o líquido; ii) uma entrada e um distribuidor para um gás contendo oxigênio; iii) uma saída para o gás contendo dióxido de carbono; iv) uma saída para um efluente de reator; v) opcionalmente um ou mais meios selecionados do grupo que consiste de meios para medir e/ou meios para controlar uma concentração de amônio, uma concentração de fosfato, uma concentração de magnésio, uma concentração de oxigênio, a temperatura e o pH; vi) um ou mais meios designados para introduzir uma energia de mistura entre 10 e 500 W/m3 no líquido no reator; b) um separador de sólido-sólido-líquido de três vias para separar o material sólido do líquido no reator; c) uma linha de retomo conectando o separador e o reator para devolver pelo menos parte do material sólido ao reator.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um reator aeróbico a jusante do reator a) para oxidar a amônia.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um reator anaeróbico a montante de reator a) para tratar anaerobicamente BOD.

16. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizado pelo fato de que o um ou mais meios designados para introduzir energia de mistura são selecionados do gmpo que consiste de agitadores, excitadores, pulverizadores e distribuidores de membrana.