BRPI0708661A2 - sistema e método de tratamento de esgoto - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MéTODO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. A presente invenção refere-se a um método e aparelho para tratamento de esgoto. O sistema de tratamento de esgoto inclui um biorreator (120) incluindo carbono ativado e uma primeira população biológica. O sistema de tratamento de esgoto também pode incluir um biorreator de membrana (130) e/ou unidade de oxidação úmida (150).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA EMÉTODO DE TRATAMENTO DE ESGOTO".

Pedidos Relacionados

O presente pedido reivindica prioridade Segundo 35 U.S.C. §119(e) aos seguintes Pedidos Provisórios dos Estados Unidos: Pedido Pro-visório dos Estados Unidos No. de Série 60/780.142, intitulado "TREAT-MENT OF ENDOCRINE DISRUPTING COMPOUNDS IN A PACT/WARSYSTEM", depositado em 8 de março de 2006; Pedido Provisório dos Esta-dos Unidos No. de Série 60/747.853, intitulado "COMBINED MEMBRANEBIOREACTOR POWDERED ACTIVATED CARBON TREATMENT ANDWET AIR REGENERATION SYSTEM FOR DIFFICULT TO TREAT WASTEWATER", depositado em 26 de julho de 2006, todos os quais são aqui incor-porados através de referência em suas totalidades para todos os fins.

Antecedentes da Invenção

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um sistema de método de bior-reator para tratamento de esgoto e, mais particularmente, a um sistema emétodo de tratamento de esgoto, utilizando um biorreator de membrana.

2. Discussão da Técnica Relacionada

O tratamento biológico de esgoto é amplamente praticado. Aesgoto, comumente, é tratada com lama residual ativada, em que sólidosbiológicos são atuados por bactérias durante um tempo de permanência dalama dentro de um tanque de tratamento. Contudo, o tratamento biológicoproduz lama residual indesejada, que deve ser descartada apropriadamente.A lama residual, comumente, é removida do sistema e enviada para fora dolocal para incineração ou descarte em aterros sanitários.

Além disso, quaisquer compostos orgânicos presentes no esgotosão atuados por bactérias apenas durante uma retenção hidráulica dentro deum tanque de tratamento. Como o tempo de retenção hidráulica é, em geral,menor do que o tempo de permanência da lama, os compostos orgânicos, eos compostos orgânicos recalcitrantes em particular, podem não ser tratadosou destruídos. Como um resultado, há certos compostos orgânicos que po-dem passar através de um processo de tratamento inalterados para seremdescarregados em um efluente ou lama residual.

Carbono ativado em pó é um processo de tratamento biológicoaperfeiçoado que permite que os compostos orgânicos permaneçam dentrodo tanque de tratamento durante o tempo de retenção hidráulica e o tempode permanência da lama a fim de serem submetidos a tratamentos adsor-ventes e biológicos. Contudo, como o crescimento biológico e a adsorção decompostos orgânicos ocorrem, a eliminação de sólidos em excesso é reque-rida. Além disso, o carbono ativado em pó é perdido do processo de trata-mento como remoção de biossólidos e, portanto, deve ser substituído conti-nuamente.

Permanece uma necessidade de um método efetivo e econômi-co para reduzir a quantidade de lama que está sendo enviada para fora paratratamento adicional ou descarte. Também permanece uma necessidade deum método efetivo e econômico para tratar compostos orgânicos refratáriose recalcitrantes.Sumário da Invenção

De acordo com uma ou mais modalidades, a invenção se referea um sistema e a um método de tratamento de esgoto.

Em uma modalidade, um sistema de tratamento de esgoto incluiuma fonte de esgoto e um biorreator conectado fluidicamente a jusante dafonte de esgoto. O biorreator compreende um adsorvente. O sistema aindainclui uma unidade de regeneração adsorvente conectada fluidicamente ajusante do biorreator.

Em outra modalidade, um sistema de tratamento de esgotocompreende uma fonte de esgoto e um biorreator conectado fluidicamente àfonte de esgoto. O biorreator compreende um adsorvente. Uma unidade deoxidação de ar úmido é conectada fluidicamente ao biorreator.

Outra modalidade é dirigida a um sistema de tratamento de es-goto compreendendo uma fonte de esgoto e um primeiro biorreator conecta-do fluidicamente à fonte de esgoto. O primeiro biorreator compreende umadsorvente. O sistema de tratamento de esgoto também inclui um segundobiorreator conectado fiuidicarnente a jusante do primeiro biorreator. O siste-ma ainda inclui um separador conectado fiuidicarnente a jusante do primeirobiorreator e a montante do segundo biorreator.

Em outra modalidade, um sistema de tratamento de esgotocompreende uma fonte de esgoto e uma unidade de oxidação de ar úmidocompreendendo uma entrada conectada fiuidicarnente à fonte de esgoto euma saída e um biorreator de membrana compreendendo uma populaçãobiológica e conectado fiuidicarnente à saída.

Outra modalidade é dirigida a um método de tratamento de es-goto, incluindo o fornecimento de uma fonte de esgoto e o fornecimento deum biorreator. O método ainda inclui o contato do esgoto com um adsorven-te e uma população biológica para produzir uma primeira corrente de produ-to e a regeneração de uma porção do adsorvente na primeira corrente deproduto para produzir uma segunda corrente de produto. A segunda correntede produto é passada para o biorreator.

Outras vantagens, novos aspectos e objetivos da invenção setornarão evidentes da descrição detalhada da invenção, a seguir, quandoconsiderada em conjunto com os desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos anexos não são destinados a estarem desenhadosem escala. Nos desenhos, cada componente idêntico ou quase idêntico queestá ilustrado em várias figuras é representado por um numerai semelhante.Para fins de clareza, nem cada componente pode ser rotulado em cada de-senho, nem cada componente de cada modalidade da invenção é mostradoonde a ilustração não é necessária para permitir que aqueles versados natécnica compreendam a invenção. Nos desenhos:

A figura 1 é um diagrama em blocos ilustrando um sistema detratamento de acordo com uma ou mais modalidades da invenção;

A figura 2 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema detratamento de acordo com uma ou mais das modalidades da invenção;

A figura 3 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema detratamento de acordo com uma ou mais das modalidades da invenção;A figura 4 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema detratamento de acordo com uma ou mais modalidades da invenção;

A figura 5 é um diagrama esquemático ilustrando um sistema decomputador em que uma ou mais modalidades da invenção podem ser pos-tas em prática; e

A figura 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de ar-mazenamento que pode ser usado com o sistema de computador da figura 5de acordo com uma ou mais modalidades da invenção.

Descrição Detalhada

A presente invenção não está limitada em sua aplicação aos de-talhes de construção e à disposição de componentes apresentada na descri-ção seguinte ou ilustrada nos desenhos. A invenção é capaz de outras mo-dalidades e de ser posta em prática ou de ser realizada de várias maneiras.

Também, a fraseologia e a terminologia aqui usadas são para fins de descri-ção e não devem ser consideradas como limitadoras. O uso de "incluindo","compreendendo" ou "tendo", "contendo", "envolvendo" e suas variaçõessignifica o envolvimento dos itens relacionados aqui depois e seus equiva-lentes, bem como itens adicionais.

A presente invenção é dirigida aos sistemas e métodos de tra-tamento de esgoto. "Esgoto", como aqui usado, define qualquer água a sertratada tal como uma corrente de esgoto fontes industriais, agrícolas e muni-cipais, tendo poluentes de material biodegradável, compostos inorgânicos ouorgânicos capazes de serem decompostos por bactérias, que circulam nosistema de tratamento de esgoto. Notavelmente, a biomassa requer um am-biente que proporcione as condições adequadas para crescimento. Comoaqui usado, um "sistema de tratamento de esgoto" é um sistema, tipicamen-te um sistema de tratamento biológico, tendo uma população de biomassade microorganismos bacterianos de uma diversidade de tipos de bactériasusadas para digerir material biodegradável, com produção de sólidos reduzi-da. Um tratamento de esgoto com produção de sólidos reduzida é descritonas patentes U.S. n9s 6.660.163; 5.824.222; 5.658.458; e 5.636.755, cadauma das quais é aqui incorporada através de referência em suas totalidadespara tocios esses fins. E compreendido que qualquer água a ser tratada, talcomo água potável municipal, também pode se beneficiar de uma ou maisdas invenções aqui descritas e, portanto, está incluída expressamente nadefinição de esgoto como aqui usada.

Esgoto de fontes industriais e municipais, tipicamente, contémsólidos biológicos, material inerte e orgânicos, incluindo orgânicos refratáriose recalcitrantes. Como aqui usado, orgânicos recalcitrantes definem umaclasse de orgânicos que são lentos ou difíceis de biodegradar em relação aovolume de orgânicos em uma corrente residual. Exemplos de orgânicos re-calcitrantes incluem produtos químicos orgânicos sintéticos, tais como pro-dutos químicos de tratamento de polieletrólito. Outros orgânicos recalcitran-tes incluem bifenis policlorados, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, di-benzo-p-dioxina e dibenzofiiranas policloradas. Compostos de interrupçãoendócrina também são uma classe de orgânicos recalcitrantes que podemafetar sistemas hormonais em organismos e são encontrados nò ambiente.Exemplos de compostos de interrupção endócrina incluem alquilfenólicos,tais como nonilfenol, usado para remover óleo, bem como hormônios natu-rais e esteróides sintéticos encontrados em contraceptivos, tais como 17-b-estradiol, estrona, testosterona, etinil estradiol.

Esgoto de fontes industriais e municipais também pode contercompostos de constituinte traço que se originam durante o processo de tra-tamento de água e são difíceis de remover, subseqüentemente. Exemplosde constituintes traço introduzidos durante o processo de tratamento de á-gua incluem nitrosaminas, tais como N-nitrosodimetilamina (NDMA), que po-dem ser liberadas de resinas catiônicas e aniônicas proprietárias.

Uma modalidade da presente invenção inclui um biorreator ten-do uma ou mais zonas de tratamento. Como aqui usada, a frase "zona detratamento" é usada para denotar uma região de tratamento individual. Regi-ões individuais de tratamento podem ser alojadas em um vaso único com umou mais compartimentos. Alternativamente, regiões individuais de tratamentopodem ser alojadas em vasos separados, em que um tratamento diferente érealizado em vasos separados. A zona de tratamento, isto é, o vaso, o tan-que ou compartimento, pocie ser dimensionada e moldada de acordo comuma aplicação e volume desejados de esgoto a ser tratado para proporcio-nar um tempo de retenção hidráulica desejado. Em conseqüência, um bior-reator pode compreender um ou mais vasos. O biorreátor pode compreenderum biorreátor de membrana tendo uma ou mais membranas de filtro.

Uma ou mais das zonas de tratamento pode(m) ser operada(s)como um modo de fluxo de batelada, um reator de batelada seqüencial oucomo um reator de batelada de fluxo contínuo tendo um influxo contínuo deesgoto. A zona ou zonas de tratamento podem ser operadas sob condiçõesanóxicas ou aeróbicas. Gêneros de aeróbicas representativas incluem asbactérias Acinetobacter, Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavo-bacterium, Norcardia, Bdellovibrio, Mycobacteríum, Shpaerotilus, Baggiatoa,Thiothrix, Lecicothrix, Geotrichum, as bactérias de nitrificação Nitrosomonas,e Nitrobacter, e os protozoários Ciliata, Vorticella, Opercularia, e Epistylis.Representantes do gênero anóxico incluem as bactérias de denitrificaçãoAchromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibactéríum, Flavobac-terium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pserudomonas, e Spirillum. Or-ganismos anaeróbicos tipicamente presentes incluem Clostridium spp., Pep-tococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulfovibrio spp., Corynebacte-rium spp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus e Eseherichiácoli.

Além do biorreátor, o sistema de tratamento de água pode incluirunidades de pré-tratamento e/ ou pós-tratamento. A oxidação úmida envol-ve, tipicamente, o tratamento da esgoto com um oxidante, em geral, oxigêniomolecular de um gás contendo oxigênio, em temperaturas e pressões eleva-das. A oxidação úmida em temperaturas abaixo da temperatura crítica daágua, 374°C é denominada oxidação úmida subcrítica. Os sistemas de oxi-dação úmida subcrítica operam em pressão suficiente para manter uma á-gua líquida. Os sistemas e métodos de oxidação úmida são descritos na Pu-blicação dos Estados Unidos No. 20050171390, aqui incorporada através dereferência em sua totalidade. Em uma modalidade, a unidade de oxidaçãoúmida pode ser operada em uma faixa entre cerca de 180°C e cerca de325°C. Em outra modalidade, a unidade de oxidação úmida pode ser ope-rada em cerca de 325e C.

Em uma modalidade, a unidade de oxidação úmida pode serconectada fluidicamente a jusante do biorreator para tratar o efluente do bi-orreator. Em outra modalidade, uma unidade de oxidação úmida pode serconectada fluidicamente a jusante do biorreator para tratar a lama removidado biorreator. Nesses casos, a unidade de oxidação úmida pode destruirquaisquer contaminantes que permaneçam com o efluente ou a lama quedeixa o biorreator de membrana.

Em outra modalidade, a unidade de oxidação úmida pode serconectada fluidicamente a montante do biorreator para pré-tratar a esgoto. Opré-tratamento da esgoto com uma unidade de oxidação úmida antes dotratamento em um biorreator pode ser vantajoso na redução ou impedimentode quaisquer distúrbios tóxicos no tratamento biológico no biorreator. Siste-mas de oxidação úmida que utilizam um processo de oxidação química dire-ta não estão sujeitos às perturbações tóxicas. O pré-tratamento de oxidaçãoúmida de esgoto contendo cargas de choque de compostos tóxicos podeoxidar toda ou uma porção dos compostos tóxicos para níveis baixos dechoque para o biorreator a jusante. Um biorreator que recebe efluente deuma unidade de oxidação úmida pode, portanto, experimentar menos casosde perturbação tóxica. Além disso, ácidos carboxílicos, tais como ácido acé-tico, que são subprodutos comuns da oxidação úmida, podem ser degrada-dos, biologicamente, em um biorreator de membrana a jusante da unidadede oxidação úmida.

Uma modalidade da presente invenção inclui uma pluralidade debiorreatores. Como aqui usado, um "biorreator" simples inclui uma ou maiszonas ou vasos de tratamento. De acordo com uma modalidade, um primeirobiorreator pode compreender uma primeira população biológica e um carbo-no ativado nele disposto, em que a população biológica assimila componen-tes biodegradáveis da esgoto. Como aqui usada, a frase "população biológi-ca" define uma mistura de diferentes microorganismos bacterianos. É com-preendido que a relação de cada um dos diferentes microorganismos bacte-rianos para o outro pode diferir de acordo com as condições e tempo de per-manência dentro dos biorreatores. O biorreator pode, mas não precisa, seraerado, dependendo das condições desejadas. As condições operacionaisdo biorreator podem ser mudadas para alterar as condições de crescimentoda população biológica. Quer dizer, as condições operacionais em um bior-reator podem se alternar entre condições anóxicas e aeróbicas.

Em outra modalidade, o sistema de tratamento de esgoto podecompreender uma ou mais unidades de separação, adequadas para umafinalidade particular, conectadas fluidicamente ao biorreator. Em uma moda-lidade, o sistema de tratamento de esgoto pode compreender uma ou maisunidades de separação de biossólidos a jusante do biorreator para receber olicor misto. A unidade de separação de biossólidos pode ser qualquer unida-de de separação adequada para uma finalidade particular, tal como um clari-ficante, membranas de ultra-filtração, um biorreator de membrana, um hidro-ciclone e suas combinações. Em uma modalidade, biossólidos podem sedi-mentar em uma unidade clarificantea com o auxílio de polímeros conheci-dos. Em outra modalidade, os biossólidos podem permanecer em um biorre-ator de membrana para remoção periódica enquanto efluente é aspiradocontinuamente do biorreator de membrana. O uso de um biorreator de mem-brana e/ ou um hidrociclone como uma unidade de separação é vantajosopelo fato de que o biorreator de membrana e o hidrociclone não requer apresença de um polímero de sedimentação usado, tipicamente, com clarifi-cantes. Portanto, os custos associados com a compra e o armazenamentodo polímero são evitados.

Ainda em outra modalidade, um hidrociclone de sólido - líquidopode receber lama de um biorreator para reduzir ainda mais a quantidade deágua contida na lama, assim, reduzindo o volume total de lama. Em outramodalidade, um hidrociclone líquido - líquido pode ser conectado fluidica-mente a montante de um biorreator de membrana para remover contaminan-tes que podem obstruir as membranas. Por exemplo, óleos que podem obs-truir as membranas podem ser removidos da esgoto antes da passagem daesgoto através de um biorreator de membrana, assim, aumentando a dura-ção das membranas.O sistema de tratamento de esgoto também pode compreenderuma unidade ou unidades de separação de sólidos inertes adequadas parauma finalidade particular. Por exemplo, as unidades de separação de sólidosinertes podem compreender uma peneira fina para remover lixo inerte, umhidrociclone para remover materiais pesados e suas combinações.

Além da população biológica, o sistema de tratamento de esgotopode compreender um adsorvente proporcionando uma suspensão de esgo-to/ adsorvente. Qualquer adsorvente pode ser usado, desde que o adsorven-te remova um ou mais orgânicos da suspensão e a maior parte do adsorven-te permanece com a suspensão total ou lama gerada. O adsorvente podeser qualquer forma adequada para uma finalidade particular, tal como granu-lado, pó e suas combinações. O adsorvente pode ser orgânico, inorgânico esuas combinações. Exemplos de adsorventes inorgânicos incluem argila debentonita, compostos baseados em ferro, resinas sintéticas e suas combina-ções. Em uma modalidade, o adsorvente é carbono ativado granulado, car-bono ativado em pó e suas combinações. Em outra modalidade, o adsorven-te é um carbono ativado em pó disponível comercialmente.

Em uma modalidade, um adsorvente pode ser adicionado aobiorreator a qualquer momento durante tratamento de esgoto, desde que oadsorvente contate o esgoto por um tempo suficiente para adsorver quais-quer orgânicos que possam estar presentes no esgoto. Deve ser compreen-dido que o adsorvente pode ser introduzido no sistema em qualquer locali-zação dentro do sistema desde que o adsorvente esteja presente no biorrea-tor desejado. Por exemplo, o adsorvente pode ser adicionado à lama paraser reciclado de volta para um biorreator. Alternativamente, o adsorventepode ser adicionado a montante do biorreator em uma posição antes, e/ ouapós uma ou mais unidades de pré-tratamento.

Em uma modalidade, o adsorvente é adicionado a um biorreatorantes da introdução do esgoto e da população biológica. Alternativamente, oadsorvente pode ser adicionado ao biorreator simultaneamente ou subse-qüente à adição da esgoto. É compreendido que uma inicialização do siste-ma de tratamento de esgoto, uma quantidade inicial de adsorvente pode seradicionada para carregar inicialmente o biorreator. O esgoto é tratado notanque de tratamento biológico para produzir um licor misto contendo umamistura de biossólidos, orgânicos adsorvidos no adsorvente e líquido.

A adição de um adsorvente a um biorreator pode aumentar acaptura e/ ou destruição de eficiências de contaminantes presentes na esgo-to. Como um adsorvente sólido permanece dentro do biorreator até ser peri-odicamente removido, contaminantes tais como orgânicos adsorvidos noadsorvente, têm um tempo de permanência mais longo dentro do biorreatorcomparado com contaminantes que não são adsorvidos. Orgânicos não ad-sorvidos passarão diretamente para fora do biorreator com um primeiro eflu-ente líquido. Um tempo de permanência aumentado de orgânicos e, maisparticularmente, de retardo para degradar orgânicos, dentro do biorreator éparticularmente vantajoso, quando tratando orgânicos recalcitrantes, que sãodifíceis e demoram a degradar. O tempo de permanência aumentado dosorgânicos pode resultar em uma destruição aumentada e/ ou completa deorgânicos recalcitrantes. A adsorção de quaisquer compostos orgânicos vo-láteis presentes no esgoto também podem reduzir a extração de VOC e libe-ração de odor.

Em uma modalidade, a presença de carbono ativado em pó embiorreatores aeróbicos pode aumentar a eficiência do dispositivo de aeraçãoporque o carbono ativado mostra uma atração para oxigênio gasoso.

O uso de um adsorvente, tal como carbono ativado em pó comum biorreator de membrana pode resultar em vantagens adicionais. Carbonoativado em pó pode auxiliar o processo de filtração de membrana através daremoção de substâncias poliméricas extracelulares EPS geradas da biomas-sa. A geração de EPS pode obstruir biorreatores de membrana que operamcom tempos prolongados de retenção de lama (SRTs) e/ ou alto teor de sóli-dos suspensos em licor misto (MLSS). A redução ou a eliminação de EPSpode auxiliar a manter um ambiente adequado para a biomassa e prolongara duração da membrana. A adsorção de contaminantes pelo carbono ativadoem pó presente no biorreator também pode reduzir ou eliminar a incidênciade choque tóxico no biorreator, que pode ser causada por grandes quantida-des desses contaminantes.

A presença de carbono ativado em pó dentro de um biorreatorde membrana também pode auxiliar na adsorção de compostos orgânicos e/ou metais que podem obstruir irreversivelmente as membranas. Em umamodalidade, compostos orgânicos, tais como siloxanos, podem ser adsorvi-dos no carbono ativado em pó, assim, reduzindo ou eliminado os efeitos pre-judiciais dos siloxanos sobre as membranas. A adsorção dos metais pelocarbono ativado em pó pode reduzir ou eliminar a presença dos metais en-contrados em água de lixiviação, tais como sal inerte de ferro, cálcio, mag-nésio e manganês.

A presença de carbono ativado em pó em um biorreator demembrana também pode resultar em um licor misto menos viscoso do queuma lama biológica pura com a mesma concentração de biossólidos. Emfiltração de membrana, a viscosidade da lama no ambiente da membrana édiretamente proporcionar à energia requerida para filtração de membrana. Ataxa de obstrução de membranas em um biorreator de membrana é, em ge-ral, proporcionar à taxa de fluxo em uma curva exponencial de modo que aredução da viscosidade de MLSS com a adição de carbono ativado em pópode aperfeiçoar a capacidade de fluxo das membranas e reduzir os custosde capital e consumo de energia. A combinação de carbono ativado em póem um biorreator de membrana permitirá a operação de concentrações mai-ores de licor misto, o que pode reduzir o tamanho do biorreator e os custosde capital e instalação associados.

O carvão ativado em pó em um biorreator de membrana podeauxiliar na esfrega, fisicamente, da superfície da membrana, o que pode re-sultar em um fluxo operacional maior e reduzir a freqüência de limpeza nolocal, assim, prolongando a durabilidade da membrana e reduzindo os cus-tos associados com a limpeza no local. A combinação de carbono ativadoem pó com biorreatores de membrana também pode resultar em uma remo-ção mais estável de amônia. O carbono ativado em pó pode remover subs-tâncias inibitórias para os nitrificadores sensíveis, o que os biorreatores demembrana sozinhos não podem fazer.O uso de carbono ativado em pó em biorreatores tem uma van-tagem significativa pelo fato de que ele pode ser regenerado e reutilizado.Em uma modalidade, a lama contendo carbono ativado em pó pode ser re-generada em uma unidade de oxidação úmida, aqui denotada como regene-ração de ar úmido. A regeneração de ar úmido de carbonos ativados podeser realizada em temperaturas menores do que aquelas para oxidação úmi-da. Por exemplo, uma lama contendo biossólidos e carbono ativado em pópode ser regenerada com ar úmido em temperaturas de cerca de 240 sC acerca de 260 9C. A regeneração de oxidação úmida de carbono destrói aporção volátil dos sólidos biológicos e oxida as substâncias orgânicas adsor-vidas na superfície do carbono ativado em pó para restaurar sua capacidadeadsortiva. A suspensão aquosa recuperada do processo de regeneração deoxidação úmida consiste, principalmente, em partículas de carbono reativadoe as partículas de cinzas inorgânicas, removidas da esgoto pelo carbono eformada durante o processo de regeneração. A cinza pode ser ainda sepa-rada do carbono regenerado por métodos de separação conhecidos, taiscomo aqueles relatados nas patentes U.S. nes 4.778.598 e 4.749.492, am-bas as quais são aqui incorporadas através de referência em suas totalida-des para todos os fins.

O carbono ativado em pó regenerado por redução de ar úmidopode produzir um efluente de melhor qualidade, quando retornado para obiorreator do que o carbono ativado em pó virgem. O carbono ativado em póregenerado pode ter propriedades adsortivas diferentes do carbono ativadoem pó virgem, assim, aumentando as qualidades adsortivas. A regeneraçãode ar úmido de carbono ativado em pó pode alterar a estrutura de poro parase tornar mais adequada para remover materiais inibidores, tóxicos e/ ourefratários da esgoto. Similarmente, a regeneração de ar úmido de carbonoativado em pó pode alterar a estrutura de poro para se tornar menos ade-quada para remover materiais que podem ser assimilados biologicamente. Aregeneração de ar úmido de carbono ativado em pó pode afetar a químicada superfície, assim, mudando suas propriedades adsortivas totais. A rege-neração de ar úmido de carbono ativado em pó pode alterar sua química desuperfície, resultando em estrutura de carbono que é mais resistente à oxi-dação dentro da unidade de oxidação de ar úmido.

A regeneração de ar úmido também pode colocar um compo-nente solúvel no licor misto do biorreator que pode acentuar a bioatividade ecriar uma população biológica mais diversa. A regeneração de ar úmidotambém pode colocar nitrogênio de amônia de volta no licor misto que podereduzir ou eliminar as exigências de nutrientes de nitrogênio desses resíduosque são deficientes em nitrogênio, assim, poupando custos químicos e ope-racionais. O processo de regeneração de ar úmido também é auto-térmico,de modo que calor pode ser recuperado e fornecido para outras unidades,tais como um digestor. Como aqui usado, "auto-térmico" se refere a métodosde gaseificação em que o calor da reação necessário na unidade é fornecidopor oxidação parcial dentro da unidade. A energia adicional a ser fornecidapara a unidade de regeneração de ar úmido pode ser proporcionada por in-cineração no local de uma porção de lama residual.

O carbono ativado em pó também pode ser regenerado em umsegundo biorreator. O segundo tanque de tratamento biológico pode ser o-perado sob condições diferentes das condições no primeiro biorreator paraproporcionar crescimento favorável de uma população biológica tendo umarelação diferente de organismos bacterianos de uma relação de organismosbacterianos na primeira população biológica presente no primeiro biorreator.Por exemplo, o primeiro biorreator pode ser dominado por uma populaçãobiológica aeróbica e o segundo tanque de tratamento biológico pode ser do-minado por uma população facultativa, que pode destruir quaisquer biossóli-dos de bactérias aeróbicas. As bactérias facultativas ainda dirigidas para oprimeiro tanque de tratamento biológico podem ser destruídas, subseqüen-temente, no primeiro biorreator.

Em uma modalidade, a população biológica no segundo tanquede tratamento biológico pode ainda assimilar os biossólidos e regenerar ocarbono ativado presente nos biossólidos por nova reação com os orgânicosadsorvidos. As bactérias no segundo biorreator podem ser selecionadas,especificamente, por sua capacidade de atuar sobre os orgânicos adsorvi-dos no carbono ativado e/ ou minimizar uma quantidade de biossólidos aserem removidos do sistema de tratamento de esgoto. Por exemplo, a popu-lação bacteriana presente no segundo biorreator pode exibir menores rendi-mentos de sólidos e uma eficiência maior de digestão de resíduos em rela-ção às bactérias no primeiro biorreator, assim, minimizando a geração desólidos e, subseqüentemente, a quantidade de sólidos a serem removidosdo sistema de tratamento de esgoto.

O segundo biorreator pode compreender um ou mais tanques defluxo contínuo e/ ou um ou mais tanques de processo em bateladas. Emuma modalidade utilizando tanques de fluxo contínuo, a lama circulada entreem um ou mais tanques continua ou periodicamente. Os volumes de tanquepodem ser essencialmente constantes, assim, volume correspondente extra-vasa e retorna para o sistema de tratamento residual. Em uma modalidade,a lama pode ser trocada entre os tanques. A mistura e a aeração podem serproporcionadas ao segundo biorreator para controlar o ambiente. Em outramodalidade utilizando os tanques de processo em bateladas, a lama circula-da entre em um ou mais tanques, continua ou periodicamente. Os volumesdos tanques podem ser variáveis, assim, o retorno de lama condicionadapara o primeiro tanque de tratamento biológico pode não corresponder à a-limentação. A mistura e a aeração podem ser proporcionadas para controlaros ambientes. A lama pode ser tratada em um ciclo de batelada, que podeincluir um ou mais de: enchimento do tanque, mistura, sedimentação, aera-ção, decantação e retorno da lama para o processo de tratamento, em qual-quer ordem, a fim de alcançar uma finalidade desejada.

O carbono ativado em pó regenerado resultante pode ser reci-clado de volta para o primeiro biorreator em uma ou mais linhas de circula-ção, assim, reduzindo a quantidade de sólidos a serem removidos do siste-ma de tratamento de esgoto. Uma vantagem da presente invenção pode serque através da redução da quantidade de sólidos a serem removidos do sis-tema de tratamento de esgoto, a quantidade de carbono ativado que é re-movido com os sólidos também pode ser reduzida, resultando em custosmenores associados com o uso de menos carbono ativado.Outra vantagem da presente invenção é que a manutenção deuma quantidade substancial do carbono ativado com orgânicos adsorvidosdentro do sistema de tratamento de esgoto permite que os orgânicos adsor-vidos no carbono ativado permaneçam no sistema de tratamento de esgotopara novo tratamento e destruição. Os orgânicos adsorvidos no carbono ati-vado têm um tempo de permanência mais longo dentro do sistema de trata-mento de esgoto, comparado com os orgânicos que não são adsorvidos nocarbono ativado e passarão diretamente para fora do sistema de tratamentode esgoto com um primeiro efluente líquido. Um tempo de permanência au-mentado de orgânicos dentro do sistema de tratamento de esgoto é particu-larmente vantajoso, quando tratando orgânicos recalcitrantes, que são difí-ceis e lentos para se degradarem. O tempo de permanência aumentado dosorgânicos pode resultar em uma destruição aumentada e/ ou completa deorgânicos recalcitrantes.

Outra vantagem da presente invenção é que o carbono ativadopode ser regenerado continuamente pela ação biológica de microorganismosno processo de tratamento de esgoto, eliminando uma etapa de regeneraçãoseparada de carbono ativado que é, tipicamente, removido dos sistemas detratamento de armazenamento.

A lama contendo o carbono ativado em pó servido pode ser con-tinua, periódica ou intermitentemente removido de um biorreator, tal comoum biorreator de membrana. A remoção da lama contendo o carbono ativadoem pó servido pode ser, mas não precisa, dirigida para um tanque de reten-ção antes de ser regenerada. Por exemplo, um biorreator de membrana po-de ter um tempo de detenção hidráulica de entre cerca de 6 e cerca de 18horas, enquanto o tempo de retenção de sólidos pode ser de cerca de 10 acerca de 40 dias. Os sólidos contendo o carbono ativado em pó servido po-dem ser removidos completamente em um intervalo predeterminado combase na duração dentro do biorreator. Em uma modalidade, uma porção, talcomo 10 por cento em volume dos sólidos contendo carbono ativado em pó,pode ser removida diariamente. O carbono ativado regenerado pode ser re-tornado para o biorreator continua, periódica e intermitentemente.Conforme ilustrado na figura 1, alguns sistemas de tratamentode esgoto 100 da invenção podem compreender um biorreator 120, um se-parador 130, um separador de sólidos inertes opcional 140, uma unidade deregeneração de carbono ativado em pó 150 e uma peneira opcional 110. Apeneira 110 pode ter um tamanho de abertura que pode oscilar de cerca de25 mm a cerca de 6 mm para remover itens grandes de lixo. O lixo que seacumula em uma face de recebimento da peneira 110 pode ser removidoperiodicamente.

O líquido peneirado é transportado ao longo do conduto 114 pa-ra o primeiro tanque de tratamento biológico 120 contendo uma ou mais bac-térias desejadas. Carbono ativado em pó é adicionado, inicialmente, ao pri-meiro tanque de tratamento biológico 120 via conduto 122.

O esgoto que entra no tanque de tratamento biológico 120 con-tata o carbono ativado em pó e a população bacteriana que digerem compo-nentes biodegradáveis no esgoto, produzindo um licor misto. O primeiro bior-reator é operado sob condições favoráveis para o crescimento das bactériasdesejadas. Orgânicos, incluindo orgânicos recalcitrantes, presentes no esgo-to podem ser adsorvidos no carbono ativado em pó.

O licor misto e o carbono ativado em pó conduzindo os orgâni-cos passam para. o separador de biomassa 130 ao longo do conduto 124. Oseparador 130 pode ser qualquer separador adequado para uma finalidadeparticular. Em uma modalidade, o separador 130 é um hidrociclone de sólido- líquido. Em outra modalidade, o separador 130 é um biorreator de mem-brana.

A biomassa no licor misto e o carbono ativado em pó são sepa-rados do efluente e são removidos do separador 130 via conduto 132. Oe-fluente é removido de uma saída do separador 130 via conduto 136.

Uma porção da biomassa e do carbono ativado em pó, condu-zindo orgânicos combinados, é dirigida de vólta para o biorreator 120 viacondutos 134, 152 e 114. A população bacteriana presente na biomassa ecarbono ativado em pó combinadas e re-povoam o tanque biológico 120 coma população bacteriana desejada.Outra porção da biomassa e do carbono ativado em pó condu-zindo orgânicos combinados é dirigida para um separador de sólidos inertesopcionais 140 via condutor 132, para remover material fino inerte pesado. Osubsistema de separação de sólidos inertes compreende uma peneira fina ehidrociclone. Os sólidos inertes removidos dos biossólidos e carbono ativadoem pó, conduzindo orgânicos, combinados são removidos via conduto 144,sem remover uma porção significativa dos biossólidos e do carbono ativadoem pó, de modo que uma quantidade substancial do carbono ativado inicialpermanece no sistema de tratamento de esgoto.

A mistura restante de biossólidos e carbono ativado em pó con-duzindo orgânicos é transportada como lama para a unidade de regeneração150 via conduto 142. Em uma modalidade, a unidade de regeneração 150 éuma unidade de regeneração de ar úmido operando em temperatura e pres-são suficientes para regenerar o carbono ativado em pó bem como destruirum ou mais contaminantes restantes na lama do separador. O carbono ati-vado em pó reativado e a lama são removidos da unidade de regeneraçãode ar úmido 150 d transportados para o biorrêator 120 via condutos 152 e 114.

Em outra modalidade, o separador 150 é um segundo biorrêator.

No segundo biorrêator, a lama é exposta às condições anaeróbicas, anóxl·cas e aeróbicas reguladas por misturadores e um sistema de aeração (nãomostrado), conforme apropriado para crescimento da população bacterianadesejada. As bactérias ainda digerem os biossólidos, bem como destroemos orgânicos adsorvidos no carbono ativado em pó. A destruição dos orgâni-cos no carbono ativado em pó regenera o carbono ativado em pó. Um se-gundo licor misto é removido do segundo biorrêator 150 e transportado parao primeiro biorrêator 120 via condutos 152 e 114.

Ainda em outra modalidade, uma segunda unidade de regenera-ção (não mostrada) pode ser conectada fluidicamente a jusante da unidadede regeneração 150. Por exemplo, uma unidade de regeneração de ar úmi-do (não mostrada) pode ser conectada fluidicamente a jusante do segundobiorrêator 150 para regenerar ainda pelo menos uma porção de qualquercarbono ativado em pó servido restante, bem como aumentar a destruiçãode contaminantes que permanecem com a mistura de lama/ carbono ativadoem pó. Similarmente, um segundo biorreator (não mostrado) pode ser co-nectado fluidicamente a jusante da unidade de regeneração de ar úmido 150para regenerar ainda pelo menos uma porção de qualquer carbono ativadoem pó servido restante e/ ou aumentar a destruição de quaisquer contami-nantes que permaneçam com a mistura de lama/ carbono ativado em pó.

Em outra modalidade, o efluente que sai do separador 130 vialinha 136 pode ser ainda tratado em uma unidade de oxidação úmida (nãomostrada) para aumentar ainda a destruição de contaminantes que perma-necem com o efluente.

Durante operação do sistema de tratamento de esgoto, carbonoativado em pó pode ser adicionado ao primeiro biorreator 120 em uma basede conforme necessário, para substituir qualquer carbono ativado em pó re-movido inadvertidamente durante os vários estágios de separação de sóli-dos, por exemplo, durante remoção de sólidos inertes. Contudo, à medidaque a remoção de biossólidos do sistema de tratamento de esgoto é reduzi-da. Quando comparado com os sistemas típicos de tratamento de esgoto, aperda inadvertida do carbono ativado em pó também pode ser reduzida, re-sultando em custos menores de matéria-prima para carbono ativado em pó.A retenção do carbono ativado em pó dentro do sensor de temperatura daágua aumenta o tempo de permanência de orgânicos adsorvidos no carbonoativado em pó, assim, aumentando a eficiência de destruição dos orgânicose pode proporcionar a destruição completa de orgânicos recalcitrantes.

A figura 2 ilustra outra modalidade da invenção, O sistema detratamento de esgoto 200 pode compreender um biorreator 220, um biorrea-tor de membrana 230 e uma unidade de oxidação úmida 240. O esgoto a sertratado entra no sistema de tratamento de esgoto através do conduto 214 econtata uma população bacteriana que digere componentes biodegradáveisno refugador de resíduos, produzindo um licor misto. O licor misto passa pa-ra o biorreator de membrana 230 via o conduto 222 para novo tratamento. Ocarbono ativado em pó pode ser adicionado diretamente ao biorreator 220 e/ou diretamente ao biorreator de membrana 230 através das linhas 224 e234, respectivamente. O licor misto, contendo biomassa e carbono ativadoem pó, pode ser passado para uma unidade de regeneração (não mostrada)via conduto 236. O efluente que sai do biorreator de membrana 230 via con-duto 232 é dirigido para a unidade de oxidação úmida 240 para tratamentoadicional de retardo na degradação de contaminantes. O efluente da unida-de de oxidação úmida 240 sai via conduto 242 para liberação, reutilização outratamento adicional.

A figura 3 ilustra outra modalidade do sistema de tratamento deesgoto da presente invenção. O sistema de tratamento de esgoto 300 com-preende uma unidade de oxidação úmida 320 conectada fluidicamente amontante de um biorreator de membrana. O esgoto entra na unidade de oxi-dação úmida 320 via conduto 314 para oxidação. Como o biorreator demembrana recebe o efluente de uma unidade de oxidação úmida, ele pode,portanto, experimentar menos casos de perturbações tóxicas. Além disso,subprodutos indesejáveis da oxidação úmida, tais como ácidos carboxílicos,podem ser degradados, biologicamente, em um biorreator de membrana ajusante 330 da unidade de oxidação úmida. O efluente resultante passa parao biorreator de membrana 330 via conduto 332 para tratamento posterior,reutilização ou liberação. Opcionalmente, carbono ativado em pó pode seradicionado à unidade de oxidação úmida 330 via conduto 336.

Alguns aspectos da invenção podem ser dirigidos, particular-mente, para controle das operações de tratamento residual. Por exemplo, afigura 4 ilustra um sistema de tratamento de esgoto 400 similar ao sistemade tratamento de esgoto 100 mostrado na figura 1. O sistema de tratamentode esgoto 400 compreende um biorreator 420, um separador 430, um sepa-rador de sólidos inertes opcional 440, uma unidade de regeneração de car-bono ativado em pó 450 e uma peneira opcional 410. Esgoto a ser tratadoentra no sistema de tratamento de esgoto 400 através do conduto 412 epassa através de uma peneira de filtro grossa 410.

O líquido peneirado é transportado ao longo do conduto 414 pa-ra o primeiro tanque de tratamento biológico 420 contendo uma ou mais bac-térias desejadas. Carbono ativado ern pó é adicionado inicialmente ao tan-que de tratamento biológico 420 via conduto 422.

O esgoto que entra no tanque de tratamento biológico 420 con-tata o carbono ativado em pó e a população bacteriana que digerem compo-nentes biodegradáveis na esgoto, produzindo um licor misto. O primeiro bior-reator é operado sob condições favoráveis para o crescimento das bactériasdesejadas. Orgânicos, incluindo orgânicos recalcitrantes, presentes na esgo-to, podem ser adsorvidos no carbono ativado em pó.

O licor misto e o carbono ativado em pó, conduzindo os orgâni-cos, passam para o biorreator de membrana 460 ao longo do conduto 424. Abiomassa no licor misto e o carbono ativado em pó são separados do efluen-te e são removidos do biorreator de membrana 460 para o tanque de reten-ção 470 via conduto 432. Efluente é removido de uma saída do biorreator demembrana via conduto 436.

Uma porção da biomassa e do carbono ativado em pó, condu-zindo orgânicos, combinados, é dirigida de volta para o biorreator 420 viacondutos 434, 452 e 414. A população bacteriana presente na biomassa eno carbono ativado em pó combinados re-povoam o tanque biológico 420com a população bacteriana desejada.

A mistura restante de biossólidos e carbono ativado em pó con-duzindo orgânicos é transportada como lama para a unidade de regeneraçãode ar úmido 450 via conduto 442. A unidade de regeneração de ar úmido450 opera em temperatura e pressão suficientes para regenerar o carbonoativado em pó, bem como destruir um ou mais contaminantes restantes nalama do separador.

O controlador 500 pode responder aos sinais de cronômetros(não mostrados) e ou sensores (não mostrados) posicionados em qualquerlocalização particular dentro do sistema. Por exemplo, um sensor posiciona-do no biorreator de membrana 460 pode indicar condições menos do queótimas no biorreator de membrana. Os sensores podem monitorar um oumais parâmetros operacionais, tais como pressão, temperatura, fluxo demembrana, uma ou mais características dos sólidos suspensos no licor mis-to e/ ou uma ou mais características do efluente tratado. O controlador 500pode responder pela geração de um sinal de controle, fazendo com que to-dos ou uma porção dos sólidos contendo carbono ativado em pó servido se-jam removidos do biorreator de membrana. Similarmente, um sensor (nãomostrado) posicionado no conduto 436 pode indicar que os níveis de conta-minante, que permanecem no efluente do biorreator de membrana, alcança-ram um nível indesejável. O controlador 500 pode, mais uma vez, responderpela geração de um sinal de controle, fazendo com que todos ou uma por-ção dos sólidos contendo carbono ativado em pó servido sejam removidosdo biorreator de membrana.

O sistema e o controlador de uma ou mais modalidades da in-venção proporcionam uma unidade versátil tendo múltiplos modos de opera-ção, que podem responder às múltiplas entradas para aumentar a eficiênciado sistema de tratamento de esgoto.

O controlador do sistema da invenção 500 pode ser implemen-tado usando um ou mais sistemas de computador 600 como mostrado, e-xemplarmente, na figura 5. O sistema de computador 600 pode ser, por e-xemplo, um computador para fins gerais, tais como aqueles baseados emprocessador da Intel tipo PENTIUM®, um processador Motorol PowerPC®,um processador Hewlett- Packard PA-RISC®, um processador Sun UItraA-PARC® ou qualquer outro tipo de processador ou sua combinação. Alternati-vamente, o sistema de computador pode incluir hardware para fins especi-ais, especialmente programado, por exemplo, um circuito integrado de apli-cação específica (ASIC) ou controladores destinados a sistemas de trata-mento de água.

O sistemas de computador 600 pode incluir um ou mais proces-sadores 602 conectados, tipicamente, a um ou mais dispositivos de memória604, que podem compreender, por exemplo, qualquer uma ou mais de umamemória de acionamento de disco, um dispositivo de memória flash, um dis-positivo de memora RAM ou outro dispositivo para armazenamento de da-dos. A memória 604 é usada, tipicamente, para armazenamento de progra-mas e dados durante a operação do sistema 400 e/ ou sistema de computa-dor 600. Por exempio, a memória 604 pocie ser usado para armazenamentode dados históricos referentes aos parâmetros através de um período detempo, bem como dados operacionais. Software, incluindo código de pro-gramação, que implementa as modalidades da invenção, pode ser armaze-nado em um meio de gravação não volátil legível e/ ou que pode ser escrito(discutido ainda com relação à figura 6) e, então, copiado, tipicamente, namemória 604 em que ele pode, então, ser executado pelo processador 602.Esse código de programação pode ser escrito em qualquer de uma plurali-dade de linguagens de programação, por exemplo, Java, Visual Basic, C,C#, ou C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL1 ou qualquer de uma vari-edade de suas combinações.

Os componentes do sistema de computador 600 podem ser a -copiados por um ou mais mecanismos de interconexão 606, que podem in-cluir um ou mais barramentos (por exemplo, entre componentes que são in-tegrados dentro de um mesmo dispositivo) e/ ou uma rede (por exemplo,entre componentes que residem em dispositivos distintos separados). O me-canismo de interconexão, tipicamente, permite que comunicações (por e-xemplo, dados, instruções) a serem permutados entre componentes do sis-tema 600.

O sistema de computador 600 também podem incluir um oumais dispositivos de entrada 608, por exemplo, um teclado, mouse, Track-Ball, microfone, tela de toque e outros dispositivos de interface homem - má-quina, bem como um ou mais dispositivos de saída 610, por exemplo, umdispositivo de impressão, uma tela de exposição ou alto-falante. Além disso,o sistema de computador 600 pode conter uma ou mais interfaces (não mos-tradas) que podem conectar o sistema de computador 600 a uma rede decomunicação (além de ou como uma alternativa à rede que pode ser forma-da por um ou mais dos componentes do sistema 600).

De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, o um oumais dispositivos de entrada 608 pode incluir sensores para medição de pa-râmetros do sistema 400 e/ ou seus componentes. Alternativamente, os sen-sores, as válvulas de medição e/ ou bombas ou todos esses componentespodem ser conectados a urna rede de comunicação (não mostrada) que éacoplada operativamente ao sistema de computador 600. Qualquer um oumais dos acima podem ser acoplados ao outro sistema ou componente decomputador para se comunicar com o sistema de computador 600 atravésde uma ou mais redes de comunicação. Essa configuração permite quequalquer sensor ou dispositivo de geração de sinal esteja localizado em umadistância significativa do sistema de computador e/ ou permitir que qualquersensor esteja localizado em uma distância significativa de qualquer subsis-tema e/ ou controlador, ao mesmo tempo em que ainda proporciona dadosentre eles. Esses mecanismos de comunicação podem ser afetados pelautilização de qualquer técnica adequada, incluindo, mas não limitado àque-las que utilizam protocolos sem fio.

Como mostrado exemplificativamente na figura 6, o controlador600 pode incluir um ou mais meios de armazenamento de computador, co-mo meio de gravação não volátil legível e/ ou possível de escrita 702 em quesinais podem ser armazenados que definem um programa a ser executadopor um ou mais processadores 602. O meio 702 pode ser, por exemplo, umdisco ou memória flash. Em operação típica, o processador 602 pode fazercom que dados, tais como código, que implementam uma ou mais modali-dades da invenção, sejam lidos do meio de armazenamento 702 em umamemória 704 que permite acesso mais rápido à informação pelo um ou maisprocessadores do que o meio 702. A memória 704 é, tipicamente, uma me-mória volátil, de acesso randômico (DRAM) ou memória estática (SRAM, ououtros dispositivos adequados, que facilita a transferência de informaçãopara e do processador 602.

Embora o sistema de computador 600 seja mostrado à guisa deexemplo como um tipo de sistema de computador em que vários aspectosda invenção podem ser postos em prática, será apreciado que a invençãonão está limitada a ser implementada em software ou no sistema de compu-tador, conforme mostrado exemplificativamente. Na verdade, em lugar deimplementados, por exemplo, em um sistema de computador para fins ge-rais, o controlador, ou componentes ou suas sub-seções, alternativamente,podem ser implementados como um sistema dedicado ou como um contro-lador lógico programável (PLC) dedicado ou em um sistema de controle dis-tribuído. Ainda, será apreciado que um ou mais características ou aspectosda invenção podem ser implementados em software, hardware ou firmware,ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, um ou mais segmentosde um algoritmo executável pelo controlador 500 podem ser realizados emcomputadores separados, que, por sua vez, podem estar em comunicaçãoatravés de uma ou mais redes.

Exemplos

Exemplo 1

Foram conduzidos estudos em escala de bancada para avaliar oimpacto de Tratamento de Carbono Ativado em Pó (PACR®) e oxidação comar úmido na remoção de EDCs de tratamento de lama ativada. Dois reatoresaeróbicos em escala de bancada foram usados e operados simultaneamentelado a lado. Cada reator em escala de bancada incluía um tanque de aera-ção cilíndrico de aço inoxidável de 10 L com um misturador mecânico ebombas de efluentes e alimentação peristáltica, que transferiam alimentaçãoe efluente do tanque de aeração. Cada tanque de aeração estava equipadocom um difusor de ar no fundo do tanque para distribuir ar comprimido. Cadareator aeróbico foi operado em um modo seqüencial de bateladas, compre-endendo um ciclo de enchimento, um ciclo de aeração, um ciclo inativo e umciclo de decantação. Cronômetros programáveis seqüenciados através dosvários ciclos controlam a operação de batelada. O pH de cada tanque deaeração foi controlado usando um sistema que, automaticamente, adiciona-va ácido ou produto cáustico ao tanque, conforme necessário. O resíduo deinfluente foi bombeado no reator, onde foi misturado com os sólidos biológi-cos em um primeiro reator e uma mistura de sólidos biológicos e carbonoativado em um segundo reator. A mistura de sólidos e esgoto foi aerada porum período de tempo suficiente para afetar a oxidação biológica e a assimi-lação, momento em que a aeração foi interrompida. O tempo de retençãohidráulica (HRT) para cada reator foi cerca de 6 horas. Foi permitido que ossólidos no licor misto em ambas as unidades se acumulassem aproximada-mente na mesma concentração. Foi permitido que os sólidos sedimentas-sem e o efluente foi decantado do topo do reator. Após a remoção do efluen-te, cada reator de batelada, mais uma vez, foi cheio com esgoto influente eos ciclos foram repetidos.

Antes da condução desse estudo, quatro carbonos ativados empó, disponíveis comercialmente, foram avaliados para remoção de EDC pormeio da geração de isotermas de adsorção para cada um dos carbonos ati-vados. A isotermia de adsorção representa uma relação entre a quantidadede contaminante adsorvido por peso de unidade de carbono e a concentra-ção restante do contaminante. Os resultados experimentais são plotados nafigura 7 (log - log), com a concentração de contaminante residual no eixo deXea quantidade de contaminante adsorvida por unidade de adsorvente noeixo de Y.

No procedimento de isotermia de adsorção de carbono, o carbo-no foi filtrado da amostra após o período de contato. A fim de determinar sea filtragem com um filtro de 0,45 mícrons tinha algum efeito sobre a remoçãode EDC, foi conduzida a análise em uma amostra da alimentação sintéticaadicionada e uma amostra filtrada da alimentação sintética adicionada. Amistura de alimentação sintética, adicionada com EDCs, foi usada por todosos experimentos e incluía:

Glicose 165 mg/L

Acetato de sódio 200 mg/L

Fosfato de amônio hidrogênio 40 mg/L

Uréia 40 mg/L

Centrum® líquido 5 mg/L

Os seguintes produtos químicos de rompimento endócrino foramadicionados à alimentação acima:

Bisfenol A 267 ng/L

Estradiol 2000 ng/L

Etinil estradiol 23 ng/L

Estrona 235 ng/L

Os resultados analíticos indicaram que a concentração de bisfe-noi A é reduzida cipós a filtragem. A Tabela I é um resumo daqueles resulta-dos.

<table>table see original document page 27</column></row><table>

Adsorções de EDC em vários meios de carbono foram testadasa fim de selecionar um carbono adequado para remover EDCs. Lignita, be-tume e carbono baseado em madeira foram foram testados. Os carbonostestados incluíam Westvaco Nuchar SA-20 disponível de MeadWestvaco,Co. (Covington1 VA) denominado Carbono A; Norit Hydrodarco C disponívelde Norit Américas, Inc. (Marshall, TX) denominado Carbono B; Jacobi Aqua-sorb BP-4 disponível de Jacobi Carbons (Philadelphia, PA) denominadoCarbon C; e Calgon WPX disponível de Calgon Carbon Corp. (Pittsburgh,PA) denominado Carbono D. A Tabela Il é um resumo da concentração deEDC residual para os vários meios de carbono testados.

<table>table see original document page 27</column></row><table>Tabela II: Concentrações de EDC residual (ng/L)

<table>table see original document page 28</column></row><table>

Isotermas de adsorção de carbono para cada um dos quatrocarbonos foram preparadas a partir de dados de estradiol. As isotermas nãoforam preparadas usando os resultados de etinil estradiol e estrona por cau-sa do grande número de resultados não detectáveis. Os resultados do Bisfe-nol A também não foram usados por causa da capacidade de filtragem des-se composto. A figura 7 ilustra a isoterma de adsorção de carbono para es-tradiol para cada um dos quatro carbonos.

A isotermia indica que o Carbono D mostrou capacidades supe-riores de adsorção de Beta estradiol e pode obter menor concentração nasamostras tratadas. O Carbono D, portanto, foi escolhido para testagem pos-terior.

Cada sistema foi operado sob condições equivalentes, conformemostrado na Tabela III.

<table>table see original document page 28</column></row><table>Tabela III: Dados de Operação

<table>table see original document page 29</column></row><table>

Parâmetros de operação de sistema de lama ativada, mantidospara o sistema de lama ativada, com e sem carbono ativado em pó, tabuladona Tabela III, indicam que ambos os sistemas foram operados em tempos deretenção hidráulica e concentrações de licor misto equivalentes, a diferençasendo que um sistema continha carbono ativado em pó.

Análise de EDC

Amostras foram extraídas e uma concentração de amostra foiobtida através de filtragem de uma amostra de dois litros através de disco deextração de alto desempenho de C18. O disco de C18 foi limpo com 10 mlde uma solução de 50/50 de diclorometano (DCM)/ acetato de etila e condi-cionado com 10 ml de metanol, seguido por um enxágüe com 20 ml do tipo I.

A amostra de 2 L foi filtrada através do disco e, então, eluída, primeiro com 5ml de acetato de etila, então, 5 ml de uma mistura de 50/ 50 de acetato deetila e DCM, seguido por um DCM de 5 ml sozinho. Os extratos foram so-prados até quase secagem com nitrogênio e transferidos com diversos en-xágües de etanol para um frasco de âmbar calibrado de 2 ml, secos até qua-se secagem e trazidos de volta para 1,5 ml em etanol. As amostras foramarmazenadas em um resfriador a 49 C até serem analisadas.

As amostras foram analisadas usando técnicas de HPLC-MS-MS. A separação de HLPC foi realizada em um sistema Agilent 1100 dispo-nível de Agilent Technologies, Inc. (Santa Clara, CA), que consistia em umauío-arnostrador, uma bomba de gradiente binário, uma unidade de desga-seificação de solvente e um compartimento de coluna com forno. A colunaanalítica era uma Phenomenex Synergi MAX-RP (250 mm χ 4,6 mm, comtamanho de poro de quatro mícrons), disponível de Phenomenex (Torrance,CA), que foi mantida em temperatura ambiente durante a análise. Injeçõesde amostra de 15 microlitros foram analisadas com extração de gradienteem 0,7 ml/ minuto. O solvente A era ácido fórmico a 0,1% e o solvente B eraacetonitrila. O gradiente foi programado como segue: 0-2 minutos - 95% A;2-10 minutos - mudança de etapa para 100% B; 10-20 minutos - mudançade etapa de volta para 95% A . Para reequilíbrio da coluna antes da injeçãoseguinte. A análise de MS/MS foi realizada em um espectrômetro triplo demassa quadripolar SCIEX API 4000, disponível de MDS Sciex (Concord,ON, Canada). A ionização foi obtida com lonização Química com PressãoAtmosférica de Modo Positivo. A identificação e a quantificação dos analitosalvo foram obtidas por Monitoração de Reação Múltipla de transições se íonsde pai para filha.

Amostras das alimentações, efluentes e licores mistos tambémforam analisadas, como segue, na Tabela IV.

Tabela IV: Métodos Analíticos

<table>table see original document page 30</column></row><table>

As unidades de lama ativada foram colocadas em operação efuncionaram por cerca de 8 semanas com amostras tomadas em 2, 6, 7 e 8semanas, mostradas na Tabela V.

A fim de acessar a remoção de EDC no efluente, os efluentesdos processos de lama ativada foram filtrados antes de submetidos à análi-se. Um filtro de Whatman de membrana de nitrato de celulose de 0,45 mi-crogramas foi usado para esse procedimento. A Tabela V é um sumário dosresultados analíticos para a alimentação e efluentes dos sistemas de trata-mento de lama ativada, todos os valores são ng/L.

Tabela V - Sistemas de Lama Ativada - Resultados de Hormônio e Ftalato

<table>table see original document page 31</column></row><table>

Em todos menos em um teste, o sistema operando com PACmostrou uma redução maior em β estradiol. O resultado de 4,2 ng/L é supos-to ser devido ao erro analítico e não representativo do valor real baseado naanálise pseudo duplicata desde o dia da amostra e antes da análise, o valorreal é, provavelmente, <1 ng/L. A presença de carbono ativado em pó nosistema de lama ativada aumentou a remoção de EDCs da lama

Exemplo II

Foi conduzido um estudo para determinar o impacto da Oxida-ção cie Ar úmido na destruição de EDCs associados com aqueles sólidos edeterminar se EDCs do tipo testado seriam formados durante o processo deoxidação.

Os testes de WAO foram realizados em uma autoclave de Iabo-ratório fabricada de aço inoxidável. A autoclave tem um volume total de 750mL. Para conduzir os testes de WAO, 200 mL do licor misto do sistema delama ativada com PAC foram adicionados, inicialmente, à autoclave. A auto-clave, carregada com ar comprimido, colocado em um mecanismo aquece-dor/ agitador, aquecido a 220e C e mantido na temperatura por uma hora.

Em seguida à oxidação, a autoclave foi resfriada até a temperatura ambientee os gases desprendidos foram ventilados e analisados para assegurar queoxigênio residual estava presente. A amostra foi removida da autoclave esubmetida à análise.

Tabela VI: WAO de Licor Misto Sistema de Lama Ativada com PAC

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Os resultados da concentração de entrada na Tabela Vl (ng/L)indicam que não houve uma concentração relatável de EDCs na porção desólidos da lama ativada com o licor misto de PAC. Os EDCs, provavelmente,foram rompidos biologicamente no processo e inextricavelmente adsorvidospelo PAC. Contudo, os resultados da oxidação (concentração de saída) de-monstraram que nenhum EDC do tipo testado foi formado durante o proces-so de WAO.

O uso de termos ordinais, tais como "primeiro", "segundo", "ter-ceiro" e semelhantes no relatório descritivo e reivindicações para modificarum elemento não significam qualquer prioridade, precedência ou ordem deum elemento em relação ao outro ou ordem temporal em que atos de ummétodo são realizados, mas são usados apenas como rótulos para distinguirum elemento tendo um certo nome de outro elemento tendo um mesmo no-me (mas para uso do termo ordinal) para distinguir os elementos.

Tendo assim descrito os diversos aspectos de pelo menos umamodalidade da presente invenção, deve ser apreciado que várias alterações,modificações e aperfeiçoamentos prontamente ocorrerão àqueles versadosna técnica. Essas alterações, modificações e aperfeiçoamentos são destina-dos a serem parte desta exposição e são destinados a estarem dentro doespírito e do escopo da invenção. Em conseqüência, a descrição e os dese-nhos precedentes são à guisa de exemplo apenas.

Claims (34)

1. Sistema de tratamento de esgoto compreendendo:uma fonte de esgotos;um biorreator conectado fluidicamente a jusante da fonte de es-gotos, o biorreator compreendendo um adsorvente; euma unidade de regeneração de adsorvente conectada fluidica-mente a jusante do biorreator.

2. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 1, em que a unidade de regeneração de adsorvente compreende umasaída conectada fluidicamente ao biorreator.

3. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 2, em que a unidade de regeneração de adsorvente inclui meios parapermitir, intermitentemente, que lama formada no biorreator seja introduzidana unidade de regeneração de adsorvente.

4. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 2, em que a unidade de regeneração de adsorvente compreende umaunidade de oxidação de ar úmido.

5. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 2, em que a unidade de regeneração de adsorvente compreende umsegundo biorreator.

6. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 5, em que o biorreator compreende uma primeira população biológica eo segundo biorreator compreende uma segunda população biológica.

7. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 1, em que o adsorvente é carbono ativado em pó.

8. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 1, ainda compreendendo um separador conectado fluidicamente a ju-sante do biorreator e conectado fluidicamente a montante da unidade de re-generação de adsorvente.

9. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindica-ção 8, em que o separador é um hidrociclone.

10. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 8, em que o separador é um blorreator de membrana.

11. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 10, ainda compreendendo uma unidade de oxidação de ar úmido co-nectada fluidicamente a jusante do biorreator de membrana.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o esgotocompreende uma concentração de um composto de rompimento de secre-ção endócrina.

13. Sistema de tratamento de esgoto, compreendendo:um fonte de esgoto;um biorreator conectado fluidicamente à fonte de esgoto, o bior-reator compreendendo um adsorvente; euma unidade de oxidação de ar úmido conectada fluidicamenteao biorreator.

14. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 13, em que o adsorvente é carbono ativado.

15. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 13, ainda compreendendo um segundo biorreator conectado fluidica-mente a jusante do biorreator e a montante da unidade de oxidação de arúmido.

16. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 13, ainda compreendendo um separador conectado fluidicamente ajusante do biorreator e a montante da unidade de oxidação de ar úmido.

17. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 16, em que o separador é um hidrociclone.

18. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 15, em que o segundo biorreator compreende um biorreator de membrana.

19. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 18, ainda compreendendo um hidrociclone conectado fluidicamente ajusante do biorreator e a montante do biorreator de membrana.

20. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 19, ainda compreendendo uma segunda unidade de oxidação de arÚmido conectada fIuidicaiιιβιιΐθ a jusante uu hidrucidurm e a montante aobiorreator.

21. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 19, ainda compreendendo uma linha de recirculação conectada fluidi-camente à unidade de oxidação de ar úmido e o primeiro biorreator.

22. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 13, em que o biorreator é uma membrana.

23. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 22, ainda compreendendo um segundo biorreator conectado fluidica-mente à entrada do biorreator de membrana.

24. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 23, em que o segundo biorreator ainda compreende carbono ativado.

25. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 24, ainda compreendendo um hidrociclone conectado fluidicamente auma saída do segundo biorreator e uma entrada ao biorreator de membrana.

26. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 25, ainda compreendendo uma linha de recirculação conectada fluidi-camente ao hidrociclone e ao segundo biorreator, a linha de recirculaçãocompreendendo uma unidade de oxidação de ar úmido.

27. Sistema de tratamento de esgoto, compreendendo:uma fonte de esgoto;um primeiro biorreator conectado fluidicamente à fonte de esgo-to, o primeiro biorreator compreendendo um adsorvente;um segundo biorreator conectado fluidicamente a jusante doprimeiro biorreator; eum separador conectado fluidicamente a jusante do primeiro bi-orreator e a montante do segundo biorreator.

28. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 27, ainda compreendendo:uma primeira população biológica disposta no primeiro biorreator; euma segunda população biológica disposta no segundo biorrea-

29. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 27, em que o meio para remover sólidos inertes compreende um se-parador.

30. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 29, em que o separador é um clarificante.

31. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 29, em que o separador é um hidrociclone.

32. Sistema de tratamento de esgoto, compreendendo:uma fonte de esgoto;uma unidade de oxidação de ar úmido compreendendo uma en-trada conectada fluidicamente à fonte de esgoto e uma saída; eum biorreator de membrana compreendendo uma populaçãobiológica e conectado fluidicamente à saída.

33. Sistema de tratamento de esgoto, de acordo com a reivindi-cação 32, em que o biorreator de membrana ainda compreende carbonoativado.

34. Método de tratamento de esgoto compreendendo:fornecimento de uma fonte de esgoto;fornecimento de um biorreator conectado fluidicamente à fontede esgoto;contato das esgoto com um adsorvente e uma população bioló-gica para produzir uma primeira corrente de produto compreendendo o ad-sorvente;regeneração de uma porção do adsorvente na primeira correntede produto para produzir uma segunda corrente de produto; epassagem da segunda corrente de produto para o biorreator.