BRPI0520198B1

BRPI0520198B1 - dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente e, método de operar um dispositivo de purificação anaeróbico para purificação de afluente, tal como água servida

Info

Publication number: BRPI0520198B1
Application number: BRPI0520198A
Authority: BR
Inventors: Antonius Johannes Jorna; Jelle Hendrik De Boer; Leonard Hubertus Alphonsus Habets; Sjoerd Hubertus Jozef Vellinga
Original assignee: Pacques Bv; Paques Ip Bv
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2015-10-20
Also published as: US8066878B2; JP2008543534A; AU2005332712B2; MY166593A; CA2605963C; US20090308806A1; SA06270199B1; DK1888471T3; AU2005332712A1; MX2007014364A; TWI422538B; KR101225579B1; EP1888471B1; EP1888471A1; NO20075470L; TW200702308A; JP4966968B2; BRPI0520198A2; ES2399432T3; WO2006132523A1

Abstract

dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, uso de um dispositivo de purificação anaeróbica e método de operar um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida. a presente invenção se refere a um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, incluindo: um tanque reator; dispositivos de entrada para introduzir afluente dentro do tanque; dispositivo de coletar água para coletar água purificada, um sistema de coleta de gás para coletar gás a partir de um fluido contido no reator; um dispositivo de separação de gás-líquido; um tubo ascendente para passar líquido para dentro do dispositivo de separação pelo gás levantado causado por gás coletado no sistema de coleta de gás; um tubo descendente para retomar o líquido e lama do dispositivo de separação dentro da seção inferior do tanque. de acordo com a invenção, este dispositivo é caracterizado pelo fato de que é colocado para definir, no tubo descendente no nível de superficie de líquido, uma pressão de cabeça de pelo menos aproximadamente 1,4 m de coluna d'água (cerca de 0,14 bar). a invenção também se refere a um método para dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente.

Description

“DISPOSITIVO DE PURIFICAÇÃO ANAERÓBICA PARA PURIFICAÇÃO DE AFLUENTE, E, MÉTODO DE OPERAR UM DISPOSITIVO DE PURIFICAÇÃO ANAERÓBICA PARA PURIFICAÇÃO DE AFLUENTE, TAL COMO ÁGUA SERVIDA” A presente invenção se refere a um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida, o dispositivo de purificação anaeróbica contendo: • um tanque reator; • um dispositivo de entrada para introduzir afluente no tanque, o dispositivo de entrada estando localizado na seção inferior do tanque; • um dispositivo de coleta de água, tal como uma calha de transbordo, para coletar água purificada, o dispositivo de coleta de água sendo previsto na seção superior do tanque e definindo uma superfície de líquido no dito tanque reator. • pelo menos um sistema de coleta de gás para coletar gás a partir do fluido contido no reator, o pelo menos um sistema coletor de gás sendo previsto em um nível abaixo do dispositivo coletor de água; • um dispositivo de separação de gás-líquido disposto a um nível acima do dispositivo coletor de água; • pelo menos um tubo ascendente tendo uma abertura de descarga desembocando no dispositivo de separação, o pelo menos um tubo ascendente sendo conectado ao pelo menos um sistema coletor de gás para elevação do fluido contido no tanque por ação de levantamento de gás causada por gás coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás; • um tubo descendente tendo uma entrada desembocando no dispositivo de separação e uma saída desembocando na seção inferior do tanque para retomar líquido separado no dispositivo de separação, para dentro da seção inferior do tanque.

Um tai dispositivo é conhecido a partir de EP-A-170,332. De acordo com esta EP-A-170,3 32 submete-se águas servidas que contêm material orgânico a um processo no qual material orgânico dissolvido é fragmentado sob condições anaeróbicas. Por contato com bíomassa que contém microorganismos produtores de metano, o metano que está sendo produzido é separado do líquido. A água tratada (efluente) é removida através de vertedouros de transbordo. EP-A-170,332 descreve como ponto de partida para essa invenção na página 1 linhas 21-32: constatou-se que com um tempo de residência de várias horas uma purificação de tanto quanto 90% pode ser atingida. A extensão a que tal eficiência de purificação pode ser mantida por um longo período depende também da retenção da lama. Em particular, deve-se tomar cuidado para assegurar que na média não seja lavada mais lama fora do reator do que aquela formada em um determinado período de tempo. Se um alto fluxo hidráulico é usado com uma baixa concentração de COD no afluente, há um risco considerável de que o sedimentador interno não será capaz de prevenir que uma grande quantidade de lama seja descarregada. Um fator que é importante a este respeito é o carregamento de superfície hidráulico do sedimentador. No trecho subseqüente, EP-A-170,332 explica que a água fluindo para cima e a as bolhas de gás ascendentes podem agitar consideravelmente os flocos e as partículas de biomassa. Estes podem chegar na parte a mais superior do reator onde o sistema de coleta de gás está localizado. A turbulência produzida pode assim resultar em quantidades excessivas de biomassa sendo ser descarregadas para fora do reator. Isto limita consideravelmente a capacidade de carga do reator. A invenção da EP 170 332 visa superar as desvantagens que acabaram de ser descritas e criar um reator no qual a principal carga de gás é removida de um sistema de coleta de gás mais superior. Com este propósito EP 170,332 fornece pelo menos um sistema de coleta de gás adicional, cujo sistema adicional é colocado a uma distância abaixo do sistema de coleta superior. O sistema adicional tem uma ligação hidráulica com pelo menos um tubo ascendente para elevar líquido por ação de elevação de gás. dito tubo ascendente descarregando em pelo menos um dispositivo de separação para separar gás e líquido. Devido ao fato de que o gás é aprisionado a uma distância considerável abaixo do nível líquido e é transportado adicionalmente através do tubo ascendente, um fluxo essencialmente livre de turbulência pode ocorrer na seção superior do reator. Isto aumenta a capacidade de carga, enquanto que no topo, efluente limpo é obtido. E importante que o líquido, o qual é carregado junto com o gás para o tubo ascendente, seja separado e retome para o reator: Embora um fluxo tranqüilo e sem remoinhos seja exigido no topo do reator, uma mistura muito boa de lama e fluido é exigida no fundo do reator. Com este objetivo, a lama pesada perto do fundo tem que ser fluidizada. Em uma configuração preferida de acordo com EP 170,332, esta fluidização pode ser alcançada na seção do fundo do reator com a ajuda da energia obtida a partir do gás que eleva o líquido no tubo ascendente. O líquido levantado é separado do gás e, sob influência da pressão hidráulica da gravidade, retoma a partir do dispositivo de separação, através de um tubo descendente, para a seção do fundo da câmara do reator.

Por razões de economia, está se tomando cada vez mais interessante fazer a coluna do reator tão alta quanto possível. Nesse caso haveria mais volume de reator e mais biomassa, considerando que a impressão no solo— os metros quadrados de área de superfície ocupados pelo reator - é o mesma. Por outro lado, quanto mais alto o reator, mais pesada será a coluna de biomassa no reator. Quanto mais pesada a coluna de biomassa, mais difícil será manter uma bom padrão de mistura e de fluidização perto do fundo do reator. Em alguns casos, pode acontecer também que a mistura de biomassa se tome mais pesada devido à precipitação de material inorgânico. Neste caso também, pode ser difícil manter uma boa fluidização.

Uma solução seria aumentar a pressão de cabeça. Entretanto, a arte anterior e a experiência ensinam que, para uma boa mistura no fundo do reator e funcionamento global do reator, exige-se, ao nível da superfície de líquido no reator, uma pressão de cabeça de cerca de 0,8 a 1 m de coluna d'água (i.e. cerca de 0,08-0,1 bar) no tubo descendente, a fim de superar a perda de pressão, a qual é exigida para boa distribuição no fundo no leito de lama. Pressões de cabeça muito baixas resultam em mistura não otimizada no fundo do reator e/ou um desempenho mais pobre do reator respectivamente “o processo conduzido no reator” como um todo, enquanto que uma pressão de cabeça muito alta podería resultar em forças de cisalhamento muito altas nas partículas de biomassa, e conseqüentemente destruição do material granular.

Na prática, pelo menos cerca de 80% da pressão de cabeça são obtidos a partir da pressão hidráulica, enquanto que no máximo cerca de 20% da pressão de cabeça são obtidos a partir da pressão de gás resultante das situações de carregamento de gás durante uso. Entretanto, em casos particulares isto tem levado a problemas com a fluidização da lama no fundo do reator e/ou fluxos de gás bastante irregulares.

Assim, embora, por razões econômicas, dever-se-ia querer fazer as colunas do reator tão altas quanto possível, a altura do reator é na prática limitada, devido aos efeitos e ensinamentos que se acabou de mencionar. A presente invenção tem o objetivo de fornecer um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida, com fluidização aperfeiçoada no fundo do reator o que também permite o aumento da altura do reator.

De acordo com a invenção este objetivo é alcançado fornecendo um dispositivo de purificação anaeróbica de afluente, tal como água servida, o dispositivo anaeróbico de purificação compreendendo: • um tanque reator; • um dispositivo de entrada para introduzir afluente no tanque, o dispositivos de entrada estando localizado na seção inferior do tanque: • um dispositivo de coleta de água, tal como um calha de transbordo, para coletar água purificada, o dispositivo de coleta de água sendo previsto na seção superior do tanque e definindo uma superfície de líquido no dito tanque reator. • pelo menos um sistema de coleta de gás para coletar gás a partir do fluido contido no reator, o pelo menos um sistema coletor de gás sendo colocado em um nível abaixo do dispositivo coletor de água; • um dispositivo de separação de gás-líquido colocado em um nível acima do dispositivo coletor de água; • pelo menos um tubo ascendente tendo uma abertura de descarga desembocando no dispositivo de separação, o pelo menos um tubo ascendente sendo conectado ao pelo menos um sistema coletor de gás para elevação do fluido contido no tanque por ação de levantamento de gás causada por gás coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás; • um tubo descendente tendo uma entrada desembocando no dispositivo de separação e uma saída desembocando na seção inferior do tanque para retomar o líquido separado no dispositivo de separação, para dentro da seção inferior do tanque; caracterizado pelo fato de que o dispositivo de purificação é disposto para definir, no tubo descendente no nível da superfície de líquido, uma pressão de cabeça de pelo menos cerca de 1,4 m (m significando metro) de coluna d’água (cerca de 0,14 bar) A este respeito, a pressão de cabeça é definida como a diferença na pressão, ao nível da superfície de líquido no reator (cujo nível é definido pelos dispositivos coletores de água, tal como uma calha de transbordo), entre um ponto dentro do tubo descendente e um ponto fora do tubo descendente, mas dentro do tanque.

De acordo com uma configuração preferida da invenção, a entrada de pressão é pelo menos de 1,5 m de coluna d’água (cerca de 0.15 bar), preferivelmente pelo menos cerca de 1,6 m de coluna d’água (0,16 bar).

De acordo com uma configuração preferida adicional da invenção, a pressão de cabeça é pelo menos 1,8 - 2 m de coluna d’água (cerca de 0,18-0,2 bar), tal como 2,5-3 m de coluna d’água (0,25-0,3 bar) ou mais. A invenção, bem como ambas as configurações vantajosas acima serão explicadas abaixo, bem como as várias configurações adicionais da invenção.

De acordo com a invenção soluções foram encontradas para criar mais pressão de cabeça sem diminuir o desempenho do reator como seria esperado, mas, ao contrário, aumentar o desempenho vindo dentro do alcance. O reator pode, de acordo com a invenção, ser designado de uma maneira que o próprio dispositivo defina a pressão de cabeça de pelo menos cerca de 1,4 m de coluna d’água, i.e. em uso a pressão de cabeça será de pelo menos 1,4 metro de coluna d’água devido a características estruturais presentes no dispositivo. De acordo com a invenção há várias soluções, cada uma envolvendo suas próprias características estruturais. A primeira solução é colocar o dispositivo de separação de gás líquido em um nível acima do tanque reator a fim de permitir mais pressão hidráulica. Como conseqüência, não apenas aquela parte do tubo ascendente estendendo-se sobre a superfície de líquido precisa ser estendida, mas também a força motriz do gás para levantar coluna d’água para o dispositivo de separação de gás líquido. Isto pode ser feito, por exemplo, aumentando-se o comprimento do tubo ascendente estendendo-se abaixo da superfície da água, e/ou diminuindo-se a resistência do fluxo do tubo ascendente - por exemplo, alterando o diâmetro do tubo-. Abaixar a posição por onde o gás é introduzido no tubo ascendente cria mais força motriz para levantar a coluna d’água para o dispositivo de separação. A pressão para cima criada pelo volume de água deslocado no tubo ascendente gera a força motriz para trazer a água para o dispositivo de separação de gás-líquido.

Uma configuração preferida de acordo com esta primeira solução é caracterizada pelo fato de que pelo menos um tubo ascendente (5) tem uma parte de topo (26) a qual é definida como aquela parte do tubo ascendente (5) estendendo-se para cima como a partir da dita superfície liquida (21), e em que a dita parte de topo tem uma altura (H3) a qual é pelo menos cerca de 1,2 m, preferivelmente pelo menos cerca de 1,4 m, tal como 1,6-2 m ou mais.

Uma segunda solução é operar com uma pressão de gás mais alta no separador de gás líquido. Esta segunda solução pode ser alcançada, por exemplo, dispondo-se o processo de separação de gás líquido em um recipiente essencialmente fechado dotado de dispositivos para manter a pressão do gás em um valor limiar pré-determinado. Desta maneira uma pressão de cabeça extra de 0,3 a 1,0 m de coluna d’água pode ser obtida, ou até mais, se exigido. De acordo com uma configuração preferida nesta segunda solução, dito valor limiar é pelo menos cerca de 0,25 m de coluna d’água (cerca de 0,025 bar), tal como pelo menos cerca de 0,5 m de coluna da água (cerca de 0,05 bar).

De acordo com outra configuração preferida desta segunda solução, o dito valor limiar é no máximo cerca de 1,5 m de coluna d’água (cerca de 0,15 bar), tal como no máximo cerca de 1,2 m de coluna d’água (cerca de 0,12 bar) Uma terceira solução é aumentar o fluxo de fluido fluindo através do tubo descendente. Isto pode ser alcançado, por exemplo, fornecendo meios que permitam o fluido entrar no tubo descendente continua e facilmente. De acordo com uma configuração desta terceira solução, o dispositivo de separação de gás-líquido inclui um recipiente, em que a entrada do tubo descendente é moldada de forma cônica em relação ao eixo vertical e com o cônico na direção ascendente, e em que a abertura de descarga de pelo menos um tubo ascendente é colocada para criar um fluxo de fluido tangencial no recipiente em volta da entrada do tubo descendente modelada de forma cônica.

Uma quarta solução é uma combinação entre uma ou mais das três soluções acima mencionadas ou outras soluções possíveis.

Um fator importante de influência é a quantidade de produção de gás no reator, o que é um resultado da carga de COD e da taxa de conversão de COD aplicadas. Uma produção mais alta de gás por superfície 3 r 2 específica de reator (por exemplo expressa em m de gás/m .h) causa um levantamento de gás mais forte, enquanto que a uma produção de gás mais baixa, o levantamento de gás irá desacelerar e irá finalmente parar. Como as colunas de reatores mais altas irão teoricamente produzir mais m3gás/m2.h., as forças motrizes extras para mais fluxo de circulação interno ou para levantar a água para um dispositivo de separação de gás líquido mais alto estarão disponíveis. O requerente verificou, ao contrário do que era esperado, que esta força motriz adicionalmente disponível é de uma quantidade substancialmente suficiente para permitir, ao contrário de conceitos prevalecentes, um aumento de pressão de cabeça, por simples medidas de projeto no dispositivo de purificação anaeróbica.

Desde que os reatores podem ser operados em uma faixa muito ampla de taxas de carga volumétrica (VLR), em geral entre 5 e 35 kg COD/m .d, o dimensionamento correto deveria levar em conta as circunstâncias operacionais as mais prováveis.

Agora que, por razões econômicas, reatores mais altos do que 20 m serão frequentemente construídos, foi constatado que a circulação interna pode ser mantida ou até melhorada tomando-se medidas específicas. Considerando que a densidade da lama da biomassa é maior que a da água, que o tubo descendente assim como o sistema de distribuição de entrada acarreta uma perda de pressão e que o leito de lama tem uma determinada resistência contra fluidização, foi constatado que para uma pressão de gás “normal” de 20 a 30 cm de coluna d’água, o gás levantado precisa trazer a água para o nível de pelo menos 1,2 m acima do nível da água no reator, preferivelmente 1,4 a l,6m e em alguns casos até acima 2,2 m. A fim de acomodar isto para cargas de reator médias entre 15 e 30 kg COD/m3.d, o comprimento total do tubo de levantamento precisa ser escolhido tal que a parte do topo do tubo ascendente estendendo-se para cima a partir da dita superfície de líquido - i.e. o comprimento acima do dispositivo de coleta de água, tal como a calha de transbordo - ficará entre pelo menos cerca de 10%, tal como pelo menos cerca de 15%, e/ou no máximo 30%, tal como no máximo cerca de 25%, do total do comprimento do tubo ascendente. Altemativamente, a pressão do gás podería ser aumentada para 60 ou 70 cm de coluna d’água ou mesmo acima de 1,0 m de coluna d’água. São possíveis também combinações das duas medidas, por exemplo, levantar a coluna de gás pelo levantamento de gás para 1,6 m e aumentar a pressão do gás para 60 cm de coluna d’água a fim de fazer uma pressão combinada ou pressão de cabeça de 2,2 m de coluna d’água. Levando em conta estas medidas, as alturas do reator poderíam ficar na faixa de 24 a 36 m ou mesmo mais altas.

De acordo com uma configuração vantajosa da presente invenção, o dispositivo adicional inclui um dispositivo de coleta de gás superior (10) para coletar e remover gás a partir do fluido contido no tanque (14), os dispositivos de coleta de gás superiores (10) sendo fornecidos entre o dispositivo de coleta de água (11) e o pelo menos um sistema de coleta de gás (4)· A presente invenção é também configurada por, e assim se refere ao uso de um dispositivo de purificação anaeróbica, de acordo com a invenção. A presente invenção é também configurada por, e assim se refere ao método de operação de um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida, o dispositivo de purificação anaeróbica contendo: • um tanque reator; • um dispositivo de entrada para introduzir afluente no tanque, o dispositivo de entrada estando localizado na seção inferior do tanque; • um dispositivo de coleta de água, tal como um calha de transbordo, para coletar água purificada, o dispositivo de coleta de água sendo previsto na seção superior do tanque e definindo uma superfície de líquido no dito tanque reator. • pelo menos um sistema de coleta de gás para coletar gás a partir do fluido contido no reator, o pelo menos um sistema coletor de gás sendo disposto em um nível abaixo do dispositivo coletor de água; • um dispositivo de separação de gás-líquido disposto em um nível acima do dispositivo coletor de água; • pelo menos um tubo ascendente tendo uma descarga aberta desembocando no dispositivo de separação, pelo menos um tubo ascendente sendo conectado ao pelo menos um sistema coletor de gás para elevação do fluido contido no tanque por ação de levantamento de gás causada pelo gás coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás; • um tubo descendente tendo uma entrada desembocando no dispositivo de separação e uma saída desembocando na seção inferior do tanque para retomar o líquido separado no dispositivo de separação, para dentro da seção inferior do tanque; caracterizado pelo fato de que: o dispositivo de purificação anaeróbica é operado com uma pressão de cabeça de pelo menos cerca de 1,4 m de coluna d’água (cerca de 0,14 bar), dita pressão de cabeça prevalecendo no tubo descendente no nível da superfície do líquido.

Vantagens do uso de acordo com a invenção tanto como o método de acordo com a invenção e suas configurações preferidas de acordo com reivindicações 14-17, ficarão claras a partir da explicação em relação ao dispositivo de acordo com a invenção.

Na seqüência, a presente invenção será elucidada adicionalmente com referencia a um desenho. Neste desenho: A figura 1 mostra muito esquematicamente um dispositivo de purificação anaeróbico de acordo com a invenção; e As figuras 2A e 2B mostram esquematicamente uma parte de dispositivos de purificação de acordo com a invenção para explicar o termo “pressão de cabeça”. O equipamento de purificação anaeróbica mostrado na Figura 1 inclui um recipiente alto 14, chamado tanque reator.

Na extremidade do fundo do tanque reator 14, é prevista uma zona de mistura 2 para afluente introduzido via suprimento 12. Como p especialista sabe, tal zona de mistura 2 pode ser realizada de diversas maneiras. Uma maneira vantajosa de realizar a zona de mistura é fornecendo um sistema de entrada de acordo com WO 92/01637.

Na parte superior do tanque reator, dispositivos de coleta de água na forma de calhas de transbordo 11 ou outros dispositivos são ajustados, e eles são conectados a um tubo de drenagem de efluente 15 para descarregar efluente purificado. Os dispositivos de coleta de água definem o nível da superfície de líquido 21 no tanque reator 14. No caso de calhas de transbordo 11, este nível da superfície de líquido 21 será determinado pela borda de transbordo das ditas calhas 11, No tanque reator 14 dois arranjos de coletores de gás 4 e 10 para coletar e mover gás são ajustados. Cada um dos arranjos dos coletores de gás inclui uma multiplicidade de coifas 19. Por arranjo de coleta de gás as coifas podem ser dispostas em uma camada ou várias camadas, tal como três camadas como mostrado na figura. Número 10 é, especialmente nas reivindicações, chamado de dispositivo de coleta de gás superior e 4 é chamado, especiaimente nas reivindicações, o pelo menos um sistema de coleta de gás. A figura 1 mostra apenas um sistema de coleta de gás 4, porém dentro do quadro da invenção também dois, três ou mais sistemas de coleta de gás podem ser previstos. Os dispositivos de coleta de gás superiores 10 não precisam estar conectados ao tubo ascendente 5 e podem estar ausentes no caso em que o fluido nesta altura do tanque é pobre em gás, ou pode ser descarregado separadamente para o dispositivo de separação de gás líquido 6 ou em outro lugar.

Acima do reator é provido um dispositivo de separação de gás líquido 6. Este dispositivo de separação de gás líquido inclui um recipiente essencialmente fechado 16 - embora também um recipiente aberto seja possível, ver Figura 2- tendo uma saída de gás 7 para descarregar gás tal como biogás, uma saída de líquido 17, e uma entrada 18 para suprir um fluido contendo o gás e líquido para ser separado. A saída de líquido 17 é a extremidade superior de um tubo descendente 8, ou dito diferentemente, a entrada do tubo descendente 8. A entrada 18 é a extremidade superior de um tubo ascendente 5, ou dito diferentemente a abertura de descarga do tubo ascendente. A saída de gás 7 é provida opcionalmente com dispositivos 22, para manter a pressão do gás no recipiente a um valor limiar predeterminado. Preferivelmente, o valor limiar terá um valor mínimo de cerca de 0,25 m de coluna d’água (cerca de 0,025 bar). Opcionalmente, o valor limiar pode ter um valor máximo de cerca de 1,5 m de coluna d’água (cerca de 0,15 bar). O tubo ascendente 5 tem uma extremidade mais baixa com uma entrada para atrair o fluido. O fluido é puxado pela ação de levantamento de gás causada por gás coletado por pelo menos um sistema de coleta de gás 4 (separadores de nível inferior). Para este propósito, as coifas 19 do pelo menos um sistema de coleta de gás 4 são conectadas ao tubo ascendente de uma maneira tal que o gás coletado cria o levantamento de gás no tubo ascendente. Como tal, tudo isso referente ao tubo ascendente é conhecido da arte anterior e pode, como sabe um especialista na técnica, ser realizado de várias maneiras. O tubo descendente 8 se estende a partir do dispositivo de separação de gás líquido 6 para a região do fundo do tanque 14. Sob a influencia da gravidade, o líquido do dispositivo de separação, o qual pode -dependendo de onde a biomassa está localizada - também conter biomassa, retoma para o fundo do tanque. No fundo do tanque este fluxo de retomo causa fluidização do leito de biomassa.

As figuras 2A e 2B mostram de forma altamente esquemática duas configurações diferentes de acordo com a invenção, com o propósito de explicar o termo pressão de cabeça como usado neste pedido. Para partes correspondentes usou-se os mesmos números de referência do que com relação à figura 1.

Em ambas as figuras 2A e 2B a pressão de cabeça Pcabeça é a diferença de pressão entre pontos A e B. Ponto A, tendo a pressão PA, se situa dentro do tubo descendente 8 no nível da superfície de líquido 21 no tanque 14. Ponto B, tendo a pressão PB, se situa fora do tubo descendente, mas dentro do reator no mesmo nível da superfície de líquido. A pressão causada pela coluna d’água Hw acima do ponto A é chamada Pw. A pressão Pi é a pressão do gás exatamente acima do nível de líquido no dispositivo de separação de gás líquido 6. P2 é a pressão de gás exatamente acima do nível de líquido 21 no tanque reator. Todas as pressões são medidas em relação à pressão atmosférica.

Na configuração de acordo com a Figura 2A, o dispositivo de separação de gás líquido 6 inclui um recipiente fechado 16. Neste recipiente fechado a pressão do gás é Pj. O tanque reator 14 tem um chamado topo de abertura. Isto significa que o topo se comunica com o ambiente de forma que a pressão de gás P2 no topo do reator é aproximadamente a pressão atmosférica; assim, aproximadamente zero/em relação à pressão atmosférica. Entretanto, o tanque reator pode ter também um topo fechado permitindo que a pressão de gás P2 seja diferente da pressão atmosférica. Aqui para a pressão de cabeça aplica-se: Pcabeça~ PA~PB=P W+P1 “P 2 Na configuração de acordo com a figura 2B, o dispositivo de separação de gás liquido 6 tem um topo aberto e o tanque reator 14 tem um topo fechado. Adicionalmente, o dispositivo de separação de gás liquido é colocado dentro do tanque reator 14. Conseqüentemente as pressões Pj e P2 são idênticas. Aqui para a pressão de cabeça aplica-se: P cabeça = P A"PB=P W+P 1"Ρΐ=Ρ\ν Na Figura 2B, a pressão de cabeça seria a mesma quando também o tanque reator 14 fosse um tanque aberto.

Durante operação, fermentação ocorre sob condições anaeróbicas como um resultado do contato entre grânulos da lama ou flocos de bíomassa e substâncias solúveis em água, tais como ácidos graxos, metano sendo formado. A fim de conseguir um fluxo tranquilo e sem turbulência na parte a mais superior do reator e assegurar que virtualmente nenhuma lama é levada para fora com o efluente, os dispositivos adicionais de coletar gás 4 são providos em um nível, o qual está a uma distância substancial abaixo das calhas de transbordo 11, No separador 6 líquido e gás são separados um do outro por gravidade e o líquido se junta na seção do fundo do separador e— como explicado acima - retoma para a zona de mistura 2 do tanque reator via o tubo descendente 8 para suportar a misturação.

Como um resultado do fato de que o gás levantou a água bem acima do fluido no tanque reator 14, a coluna de líquido no tubo descendente 8 produz um fluxo descendente razoavelmente potente no tubo descendente 8, o qual provê misturação extra no fundo do reator. De uma maneira simples o efeito é então alcançado aquela tranqüilidade prevalece no topo do reator e a lama pesada e afluente no fundo do reator são completamente misturados por turbulência.

Nas Figuras, o número 20 indica a posição na qual o gás -coletado pelo sistema adicional de coleta de gás - é introduzido no tubo ascendente, H2 indica a distância vertical entre o dito ponto de introdução de gás 20 e o nível dos dispositivos de coleta de água 11 (vertedouros de efluente/calhas), cujo nível é de fato o nível do fluido 21 no tanque. H3 indica a distância vertical entre a abertura de descarga 18 do tubo ascendente 5 e o nível do dispositivo de coleta de água. H1 é essencialmente a soma de H2 e H3, i.e. H1-H2+H3. O comprimento de H3 pode estar na faixa de 10% a 30% de Hl. A abertura de descarga do(s) tubo(s) ascendente(s) 18 é preferivelmente localizada acima do nível de fluido no separador de gás liquido e designado de uma maneira a criar um padrão de fluxo tangencial no dispositivo separador de gás líquido 6 para otimizar o processo de separação. A abertura de entrada para o tubo descendente 8 é preferivelmente de forma cônica para evitar a aprisionamento do gás e habilitar um fluxo descendente constante.

Dentro do escopo da invenção, várias modificações são possíveis. As configurações desenhadas e descritas são apenas exemplos. Todas as configurações têm em comum que uma porção significante do gás liberado durante a fermentação é coletado antes que ele alcance a seção a mais superior do reator e que o líquido impelido para cima neste processo pela ação de elevação do gás é separado do gás e a energia potencial da coluna de líquido relativamente pesada é usada via um fluxo de recirculação para obter a agitação necessária para uma misturação completa e fluidizaçao no fundo do reator. A potência que for liberada no topo do reator é agora levada para o fundo. A capacidade de carga do reator é consideravelmente aumentada como resultado da tranqüilidade no topo perto da saída de água e a turbulência no fundo perto da entrada de água.

Claims

I. Dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida, o dispositivo de purificação anaeróbica compreendendo: * um tanque reator (14); * um dispositivo de entrada (12) para introduzir afluente no tanque (14), o dispositivo de entrada (12) estando localizado na seção inferior do tanque (14); * um dispositivo de coleta de água (11), tal como um calha de transbordo, para coletar água purificada, o dispositivo de coleta de água sendo previsto na seção superior do tanque (14) e definindo uma superfície de líquido (21) no dito tanque reator (14). * pelo menos um sistema de coleta de gás (4) para coletar gás a partir do fluido contido no reator (14), o pelo menos um sistema coletor de gás (4) sendo disposto em um nível abaixo do dispositivo coletor de água (ii); * um dispositivo de separação de gás-líquido (6) disposto em um nível acima do dispositivo coletor de água (11); * pelo menos um tubo ascendente (5) tendo uma abertura de descarga (18) desembocando no dispositivo de separação (6), o pelo menos um tubo ascendente (5) sendo conectado (20) ao pelo menos um sistema coletor de gás (4) para elevação de fluido contido no tanque (14) por ação de levantamento do gás causada por gás coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás (4); * um tubo descendente (8) tendo uma entrada (17) desembocando no dispositivo de separação (6) e uma saída desembocando na seção inferior do tanque (14) para retornar o líquido separado no dispositivo de separação, para dentro da seção interior do tanque; caracterizado pelo fato de que; o dispositivo de purificação é disposto para definir, no tubo descendente (8) no nível da superfície de líquido (21), uma pressão de cabeça de pelo menos 1,4 m de coluna d’água, e pelo menos um tubo ascendente (5) tem uma parte de topo (26) a qual é definida como aquela parte do tubo ascendente (5) estendendo-se para cima como a partir da dita superfície do líquido (21), em que a dita parte de topo (26) tem um comprimento (H3) o qual é pelo menos de 1,2 m, preferivelmente pelo menos de 1,4 m.
2. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada de pressão é pelo menos 1,5 m de coluna d’água, preferivelmente pelo menos 1,6 m de coluna d’água.
3. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão de cabeça é pelo menos 1,8-2 m de coluna d’água, tal como 2,5-3 m de coluna d’água ou mais.
4. Dispositivo de purificação anaeróbico de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um tubo ascendente (5) tem uma parte de topo (26) a qual é definida como aquela parte do tubo ascendente (5) estendendo-se para cima como a partir da dita superfície de líquido (21), e em que a dita parte de topo tem um comprimento (H3) o qual é pelo menos 10%, tal como pelo menos 15%, do comprimento total (Hl) de pelo menos um tubo ascendente (5).
5. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um tubo ascendente (5) tem uma parte de topo (26) a qual é definida como aquela parte do tubo ascendente (5) estendendo-se para cima como a partir da dita superfície de líquido (21), e em que a dita parte de topo tem um comprimento (H3) o qual é no máximo 30%, tal como no máximo 25%, do comprimento total (Hl) do pelo menos um tubo ascendente (5).
6. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a dita parte de topo tem um comprimento (H3) o qual é pelo menos 1,6-2 m ou mais.
7. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de gás liquido (6) inclui um recipiente essencialmente fechado (16) provido com um dispositivo (22) para manter a pressão do gás em um valor limiar.
8. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito valor limiar é pelo menos 0,25 m de coluna d’água, tal como pelo menos 0,5 m de coluna d’água.
9. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o dito valor limiar é no máximo 1,5 m de coluna d’água, tal como no máximo 1,2 m de coluna d’água.
10. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de gás liquido (6) inclui um recipiente (16) em que a entrada (17) do tubo descendente (8) é moldada em forma de cone em relação a um eixo vertical e com o cônico na direção ascendente, caracterizado pelo fato de que a entrada moldada conicamente (17) é colocada dentro do recipiente (16), e em que a abertura de descarga (18) de pelo menos um tubo ascendente (5) é colocada para criar um fluxo fluido tangencial no recipiente (16) em volta da entrada moldada de forma cônica (17) do tubo descendente.
11. Dispositivo de purificação anaeróbica de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo adicional inclui dispositivo de coleta de gás superior (10) para coletar e remover gás a partir do fluido contido no tanque (14), o dispositivo de coleta de gás superior (10) sendo previsto entre o dispositivo de coleta de água (11) e pelo menos um sistema de coleta de gás (4).
12. Método de operar um dispositivo de purificação anaeróbica para purificação de afluente, tal como água servida, o dispositivo de purificação anaeróbico compreendendo: • um tanque reator (14); • um dispositivo de enfiada (12) para introduzir afluente no tanque (14), o dispositivo de entrada (12) estando localizado na seção inferior do tanque (14); • um dispositivo de coleta de água (11), tal como uma calha de transbordo, para coletar água purificada, o dispositivo de coleta de água sendo previsto na seção superior do tanque (14) e definindo uma superfície de líquido (21) no dito tanque reator (14); • pelo menos um sistema de coleta de gás (4) para coletar gás a partir do fluido contido no reator (14), o pelo menos um sistema coletor de gás (4) sendo disposto em um nível abaixo do dispositivo coletor de água (ii); • um dispositivo de separação de gás-líquido (6) disposto em um nível acima do dispositivo coletor de água (11); • pelo menos um tubo ascendente (5) tendo uma descarga aberta (18) desembocando no dispositivo de separação (6), o pelo menos um tubo ascendente (5) sendo conectado (20) ao pelo menos um sistema coletor de gás (4) para elevação do fluido contido no tanque (14) pela ação de levantamento de gás causada pelo coletado no pelo menos um sistema de coleta de gás (4), em que o pelo menos um tubo ascendente (5) tem uma parte de topo (26) a qual é definida como aquela parte do tubo ascendente (5) estendendo-se para cima como a partir da dita superfície de líquido (21), em que a dita parte de topo (26) tem um comprimento (H3) o qual é pelo menos de 1,2 m; • um tubo descendente (8) tendo uma entrada (17) desembocando no dispositivo de separação (6) e uma saída desembocando na seção inferior do tanque (14) para retomar o líquido separado no dispositivo de separação, dentro da seção inferior do tanque; caracterizado pelo fato de que: o dispositivo de purificação anaeróbica é operado com uma pressão de cabeça de pelo menos 1,4 m de coluna d’água, dita pressão de cabeça prevalecendo no tubo descendente (8) no nível da superfície de líquido (21).
13. Método de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pressão de cabeça é pelo menos 1,5 m de coluna d’água, preferivelmente pelo menos 1,6 m de coluna d’água.
14. Método de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pressão de cabeça é pelo menos 1,8 -2 m de coluna d’água, tal como 2,5-3 m de coluna d’água ou mais.
15. Método de acordo com uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo separador de gás liquido (6) inclui um recipiente essencialmente fechado (16), e em que a pressão do gás prevalecendo no dito recipiente (16) é pelo menos 0,3 m de coluna d’água, tal como pelo menos 0,5 m de coluna d’água.
16. Método de acordo com reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a pressão do gás prevalecendo no dito recipiente (16) é de no máximo 1,5 m de coluna d’água, tal como no máximo 1,2 m de coluna d’água.