BRPI0708661B1 - 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

(54) Título: SISTEMA E MÉTODO DE TRATAMENTO DE ESGOTO (51) Int.CI.: C02F 3/00 (30) Prioridade Unionista: 08/03/2006 US 60/780,142, 22/05/2006 US 60/747,853, 26/07/2006 US 60/820,410 (73) Titular(es): SIEMENS INDUSTRY, INC.

(72) Inventor(es): DUANE R. SMITH; MICHAEL HOWDESHELL; LORI MARTEN; JOHN A. MEIDL; THOMAS J. VOLLSTEDT; ROBERT J. WENTA; TODD WINGERS; JOSEPH E. ZUBACK (85) Data do Início da Fase Nacional: 08/09/2008

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO DE TRATAMENTO DE ESGOTO.

Antecedentes da Invenção

1. Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um sistema de método de biorreator para tratamento de esgoto e, mais particularmente, a um sistema e método de tratamento de esgoto, utilizando um biorreator de membrana.

2. Discussão da Técnica Relacionada [002] O tratamento biológico de esgoto é amplamente praticado. O esgoto, comumente, é tratada com lama residual ativada, em que sólidos biológicos são atuados por bactérias durante um tempo de permanência da lama dentro de um tanque de tratamento. Contudo, o tratamento biológico produz lama residual indesejada, que deve ser descartada apropriadamente. A lama residual, comumente, é removida do sistema e enviada para fora do local para incineração ou descarte em aterros sanitários.

[003] Além disso, quaisquer compostos orgânicos presentes no esgoto são atuados por bactérias apenas durante uma retenção hidráulica dentro de um tanque de tratamento. Como o tempo de retenção hidráulica é, em geral, menor do que o tempo de permanência da lama, os compostos orgânicos, e os compostos orgânicos recalcitrantes em particular, podem não ser tratados ou destruídos. Como um resultado, há certos compostos orgânicos que podem passar através de um processo de tratamento inalterados para serem descarregados em um efluente ou lama residual.

[004] Carvão ativado em pó é um processo de tratamento biológico aperfeiçoado que permite que os compostos orgânicos permaneçam dentro do tanque de tratamento durante o tempo de retenção hidráulica e o tempo de permanência da lama a fim de serem submetiPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 5/45

2/35 dos a tratamentos adsorventes e biológicos. Contudo, como o crescimento biológico e a adsorção de compostos orgânicos ocorrem, a eliminação de sólidos em excesso é requerida. Além disso, o carvão ativado em pó é perdido do processo de tratamento como remoção de biossólidos e, portanto, deve ser substituído continuamente.

[005] Permanece uma necessidade de um método efetivo e econômico para reduzir a quantidade de lama que está sendo enviada para fora para tratamento adicional ou descarte. Também permanece uma necessidade de um método efetivo e econômico para tratar compostos orgânicos refratários e recalcitrantes.

Sumário da Invenção [006] De acordo com uma ou mais modalidades, a invenção se refere a um sistema e a um método de tratamento de esgoto.

[007] Em uma modalidade, um sistema de tratamento de esgoto inclui uma fonte de esgoto e um biorreator conectado fluidicamente a jusante da fonte de esgoto. O biorreator compreende um adsorvente. O sistema ainda inclui uma unidade de regeneração adsorvente conectada fluidicamente a jusante do biorreator.

[008] Em outra modalidade, um sistema de tratamento de esgoto compreende uma fonte de esgoto e um biorreator conectado fluidicamente à fonte de esgoto. O biorreator compreende um adsorvente. Uma unidade de oxidação de ar úmido é conectada fluidicamente ao biorreator.

[009] Outra modalidade é dirigida a um sistema de tratamento de esgoto compreendendo uma fonte de esgoto e um primeiro biorreator conectado fluidicamente à fonte de esgoto. O primeiro biorreator compreende um adsorvente. O sistema de tratamento de esgoto também inclui um segundo biorreator conectado fluidicamente a jusante do primeiro biorreator. O sistema ainda inclui um separador conectado fluidicamente a jusante do primeiro biorreator e a montante do segunPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 6/45

3/35 do biorreator.

[0010] Em outra modalidade, um sistema de tratamento de esgoto compreende uma fonte de esgoto e uma unidade de oxidação de ar úmido compreendendo uma entrada conectada fluidicamente à fonte de esgoto e uma saída e um biorreator de membrana compreendendo uma população biológica e conectado fluidicamente à saída.

[0011] Outra modalidade é dirigida a um método de tratamento de esgoto, incluindo o fornecimento de uma fonte de esgoto e o fornecimento de um biorreator. O método ainda inclui o contato do esgoto com um adsorvente e uma população biológica para produzir uma primeira corrente de produto e a regeneração de uma porção do adsorvente na primeira corrente de produto para produzir uma segunda corrente de produto. A segunda corrente de produto é passada para o biorreator.

[0012] Outras vantagens, novos aspectos e objetivos da invenção se tornarão evidentes da descrição detalhada da invenção, a seguir, quando considerada em conjunto com os desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos [0013] Os desenhos anexos não são destinados a estarem desenhados em escala. Nos desenhos, cada componente idêntico ou quase idêntico que está ilustrado em várias figuras é representado por um numeral semelhante. Para fins de clareza, nem cada componente pode ser rotulado em cada desenho, nem cada componente de cada modalidade da invenção é mostrado onde a ilustração não é necessária para permitir que aqueles versados na técnica compreendam a invenção. Nos desenhos:

[0014] A figura 1 é um diagrama em blocos ilustrando um sistema de tratamento de acordo com uma ou mais modalidades da invenção; [0015] A figura 2 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema de tratamento de acordo com uma ou mais das modalidades da

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4/35 invenção;

[0016] A figura 3 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema de tratamento de acordo com uma ou mais das modalidades da invenção;

[0017] A figura 4 é um diagrama em blocos ilustrando outro sistema de tratamento de acordo com uma ou mais modalidades da invenção;

[0018] A figura 5 é um diagrama esquemático ilustrando um sistema de computador em que uma ou mais modalidades da invenção podem ser postas em prática; e [0019] A figura 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de armazenamento que pode ser usado com o sistema de computador da figura 5 de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Descrição Detalhada [0020] A presente invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e à disposição de componentes apresentada na descrição seguinte ou ilustrada nos desenhos. A invenção é capaz de outras modalidades 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 descrição e não devem ser consideradas como limitadoras. O uso de incluindo, compreendendo ou tendo, contendo, envolvendo e suas variações significa o envolvimento dos itens relacionados aqui depois e seus equivalentes, bem como itens adicionais.

[0021] A presente invenção é dirigida aos sistemas e métodos de tratamento de esgoto. Esgoto, como aqui usado, define qualquer água a ser tratada tal como uma corrente de esgoto fontes industriais, agrícolas e municipais, tendo poluentes de material biodegradável, compostos inorgânicos ou orgânicos capazes de serem decompostos por bactérias, que circulam no sistema de tratamento de esgoto. NotaPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 8/45

5/35 velmente, a biomassa requer um ambiente que proporcione as condições adequadas para crescimento. Como aqui usado, um sistema de tratamento de esgoto é um sistema, tipicamente um sistema de tratamento biológico, tendo uma população de biomassa de microorganismos bacterianos de uma diversidade de tipos de bactérias usadas para digerir material biodegradável, com produção de sólidos reduzida. Um tratamento de esgoto com produção de sólidos reduzida é descrito nas patentes U.S. n°s 6.660.163; 5.824.222; 5.658.458; e 5.636.755, cada uma das quais é aqui incorporada através de referência em suas totalidades para todos esses fins. É compreendido que qualquer água a ser tratada, tal como água potável municipal, também pode se beneficiar de uma ou mais das invenções aqui descritas e, portanto, está incluída expressamente na definição de esgoto como aqui usada. [0022] Esgoto de fontes industriais e municipais, tipicamente, contém sólidos biológicos, material inerte e orgânicos, incluindo orgânicos refratários e recalcitrantes. Como aqui usado, orgânicos recalcitrantes definem uma classe de orgânicos que são lentos ou difíceis de biodegradar em relação ao volume de orgânicos em uma corrente residual. Exemplos de orgânicos recalcitrantes incluem produtos químicos orgânicos sintéticos, tais como produtos químicos de tratamento de polieletrólito. Outros orgânicos recalcitrantes incluem bifenis policlorados, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, dibenzo-p-dioxina e dibenzofiiranas policloradas. Compostos de interrupção endócrina também são uma classe de orgânicos recalcitrantes que podem afetar sistemas hormonais em organismos e são encontrados no ambiente. Exemplos de compostos de interrupção endócrina incluem alquilfenólicos, tais como nonilfenol, usado para remover óleo, bem como hormônios naturais e esteróides sintéticos encontrados em contraceptivos, tais como 17-b- estradiol, estrona, testosterona, etinil estradiol.

[0023] Esgoto de fontes industriais e municipais também pode

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6/35 conter compostos de constituinte traço que se originam durante o processo de tratamento de água e são difíceis de remover, subsequentemente. Exemplos de constituintes traço introduzidos durante o processo de tratamento de água incluem nitrosaminas, tais como Nnitrosodimetilamina (NDMA), que podem ser liberadas de resinas catiônicas e aniônicas proprietárias.

[0024] Uma modalidade da presente invenção inclui um biorreator tendo uma ou mais zonas de tratamento. Como aqui usada, a frase zona de tratamento é usada para denotar uma região de tratamento individual. Regiões individuais de tratamento podem ser alojadas em um vaso único com um ou mais compartimentos. Alternativamente, regiões individuais de tratamento podem ser alojadas em vasos separados, em que um tratamento diferente é realizado em vasos separados. A zona de tratamento, isto é, o vaso, o tanque ou compartimento, pode ser dimensionada e moldada de acordo com uma aplicação e volume desejados de esgoto a ser tratado para proporcionar um tempo de retenção hidráulica desejado. Em consequência, um biorreator pode compreender um ou mais vasos. O biorreator pode compreender um biorreator de membrana tendo uma ou mais membranas de filtro. [0025] Uma ou mais das zonas de tratamento pode(m) ser operada(s) como um modo de fluxo de batelada, um reator de batelada sequencial ou como um reator de batelada de fluxo contínuo tendo um influxo contínuo de esgoto. A zona ou zonas de tratamento podem ser operadas sob condições anóxicas ou aeróbicas. Gêneros de aeróbicas representativas incluem as bactérias Acinetobacter, Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Norcardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, 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 desnitrificação AchroPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 10/45

7/35 mobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pserudomonas, e Spirillum. Organismos anaeróbicos tipicamente presentes incluem Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulfovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus e Escherichia coli.

[0026] Além do biorreator, o sistema de tratamento de água pode incluir unidades de pré-tratamento e/ ou pós-tratamento. A oxidação úmida envolve, tipicamente, o tratamento do esgoto com um oxidante, em geral, oxigênio molecular de um gás contendo oxigênio, em temperaturas e pressões elevadas. A oxidação úmida em temperaturas abaixo da temperatura crítica da água, 374° C é denominada oxidação úmida subcrítica. Os sistemas de oxidação úmida subcrítica operam em pressão suficiente para manter uma água líquida. Os sistemas e métodos de oxidação úmida são descritos na Publicação dos Estados Unidos No. 20050171390, aqui incorporada através de referência em sua totalidade. Em uma modalidade, a unidade de oxidação úmida pode ser operada em uma faixa entre cerca de 180° C e cerca de 325° C. Em outra modalidade, a unidade de oxidação úmida pode ser operada em cerca de 325° C.

[0027] Em uma modalidade, a unidade de oxidação úmida pode ser conectada fluidicamente a jusante do biorreator para tratar o efluente do biorreator. Em outra modalidade, uma unidade de oxidação úmida pode ser conectada fluidicamente a jusante do biorreator para tratar a lama removida do biorreator. Nesses casos, a unidade de oxidação úmida pode destruir quaisquer contaminantes que permaneçam com o efluente ou a lama que deixa o biorreator de membrana.

[0028] Em outra modalidade, a unidade de oxidação úmida pode ser conectada fluidicamente a montante do biorreator para pré-tratar o esgoto. O pré-tratamento do esgoto com uma unidade de oxidação

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8/35 úmida antes do tratamento em um biorreator pode ser vantajoso na redução ou impedimento de quaisquer distúrbios tóxicos no tratamento biológico no biorreator. Sistemas de oxidação úmida que utilizam um processo de oxidação química direta não estão sujeitos às perturbações tóxicas. O pré-tratamento de oxidação úmida de esgoto contendo cargas de choque de compostos tóxicos pode oxidar toda ou uma porção dos compostos tóxicos para níveis baixos de choque para o biorreator a jusante. Um biorreator que recebe efluente de uma unidade de oxidação úmida pode, portanto, experimentar menos casos de perturbação tóxica. Além disso, ácidos carboxílicos, tais como ácido acético, que são subprodutos comuns da oxidação úmida, podem ser degradados, biologicamente, em um biorreator de membrana a jusante da unidade de oxidação úmida.

[0029] Uma modalidade da presente invenção inclui uma pluralidade de biorreatores. Como aqui usado, um biorreator simples inclui uma ou mais zonas ou vasos de tratamento. De acordo com uma modalidade, um primeiro biorreator pode compreender uma primeira população biológica e um carvão ativado nele disposto, em que a população biológica assimila componentes biodegradáveis do esgoto. Como aqui usada, a frase população biológica define uma mistura de diferentes microorganismos bacterianos. É compreendido que a relação de cada um dos diferentes microorganismos bacterianos para o outro pode diferir de acordo com as condições e tempo de permanência dentro dos biorreatores. O biorreator pode, mas não precisa, ser aerado, dependendo das condições desejadas. As condições operacionais do biorreator podem ser mudadas para alterar as condições de crescimento da população biológica. Quer dizer, as condições operacionais em um biorreator podem se alternar entre condições anóxicas e aeróbicas.

[0030] Em outra modalidade, o sistema de tratamento de esgoto

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9/35 pode compreender uma ou mais unidades de separação, adequadas para uma finalidade particular, conectadas fluidicamente ao biorreator. Em uma modalidade, o sistema de tratamento de esgoto pode compreender uma ou mais unidades de separação de biossólidos a jusante do biorreator para receber o licor misto. A unidade de separação de biossólidos pode ser qualquer unidade de separação adequada para uma finalidade particular, tal como um clarificante, membranas de ultra-filtração, um biorreator de membrana, um hidrociclone e suas combinações. Em uma modalidade, biossólidos podem sedimentar em uma unidade clarificantea com o auxílio de polímeros conhecidos. Em outra modalidade, os biossólidos podem permanecer em um biorreator de membrana para remoção periódica enquanto efluente é aspirado continuamente do biorreator de membrana. O uso de um biorreator de membrana e/ ou um hidrociclone como uma unidade de separação é vantajoso pelo fato de que o biorreator de membrana e o hidrociclone não requer a presença de um polímero de sedimentação usado, tipicamente, com clarificantes. Portanto, os custos associados com a compra e o armazenamento do polímero são evitados.

[0031] Ainda em outra modalidade, um hidrociclone de sólido - líquido pode receber lama de um biorreator para reduzir ainda mais a quantidade de água contida na lama, assim, reduzindo o volume total de lama. Em outra modalidade, um hidrociclone líquido - líquido pode ser conectado fluidicamente a montante de um biorreator de membrana para remover contaminantes que podem obstruir as membranas. Por exemplo, óleos que podem obstruir as membranas podem ser removidos do esgoto antes da passagem do esgoto através de um biorreator de membrana, assim, aumentando a duração das membranas. [0032] O sistema de tratamento de esgoto também pode compreender uma unidade ou unidades de separação de sólidos inertes adequadas para uma finalidade particular. Por exemplo, as unidades de

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10/35 separação de sólidos inertes podem compreender uma peneira fina para remover lixo inerte, um hidrociclone para remover materiais pesados e suas combinações.

[0033] Além da população biológica, o sistema de tratamento de esgoto pode compreender um adsorvente proporcionando uma suspensão de esgoto/ adsorvente. Qualquer adsorvente pode ser usado, desde que o adsorvente remova um ou mais orgânicos da suspensão e a maior parte do adsorvente permanece com a suspensão total ou lama gerada. O adsorvente pode ser qualquer forma adequada para uma finalidade particular, tal como granulado, pó e suas combinações. O adsorvente pode ser orgânico, inorgânico e suas combinações. Exemplos de adsorventes inorgânicos incluem argila de bentonita, compostos baseados em ferro, resinas sintéticas e suas combinações. Em uma modalidade, o adsorvente é carvão ativado granulado, carvão ativado em pó e suas combinações. Em outra modalidade, o adsorvente é um carvão ativado em pó disponível comercialmente.

[0034] Em uma modalidade, um adsorvente pode ser adicionado ao biorreator a qualquer momento durante tratamento de esgoto, desde que o adsorvente contate o esgoto por um tempo suficiente para adsorver quaisquer orgânicos que possam estar presentes no esgoto. Deve ser compreendido que o adsorvente pode ser introduzido no sistema em qualquer localização dentro do sistema desde que o adsorvente esteja presente no biorreator desejado. Por exemplo, o adsorvente pode ser adicionado à lama para ser reciclado de volta para um biorreator. Alternativamente, o adsorvente pode ser adicionado a montante do biorreator em uma posição antes, e/ ou após uma ou mais unidades de pré-tratamento.

[0035] Em uma modalidade, o adsorvente é adicionado a um biorreator antes da introdução do esgoto e da população biológica. Alternativamente, o adsorvente pode ser adicionado ao biorreator simultaPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 14/45

11/35 neamente ou subsequente à adição do esgoto. É compreendido que uma inicialização do sistema de tratamento de esgoto, uma quantidade inicial de adsorvente pode ser adicionada para carregar inicialmente o biorreator. O esgoto é tratado no tanque de tratamento biológico para produzir um licor misto contendo uma mistura de biossólidos, orgânicos adsorvidos no adsorvente e líquido.

[0036] A adição de um adsorvente a um biorreator pode aumentar a captura e/ ou destruição de eficiências de contaminantes presentes no esgoto. Como um adsorvente sólido permanece dentro do biorreator até ser periodicamente removido, contaminantes tais como orgânicos adsorvidos no adsorvente, têm um tempo de permanência mais longo dentro do biorreator comparado com contaminantes que não são adsorvidos. Orgânicos não adsorvidos passarão diretamente para fora do biorreator com um primeiro efluente líquido. Um tempo de permanência aumentado de orgânicos e, mais particularmente, de retardo para degradar orgânicos, dentro do biorreator é particularmente vantajoso, quando tratando orgânicos recalcitrantes, que são difíceis e demoram a degradar. O tempo de permanência aumentado dos orgânicos pode resultar em uma destruição aumentada e/ ou completa de orgânicos recalcitrantes. A adsorção de quaisquer compostos orgânicos voláteis presentes no esgoto também podem reduzir a extração de VOC e liberação de odor.

[0037] Em uma modalidade, a presença de carvão ativado em pó em biorreatores aeróbicos pode aumentar a eficiência do dispositivo de aeração porque o carvão ativado mostra uma atração para oxigênio gasoso.

[0038] O uso de um adsorvente, tal como carvão ativado em pó com um biorreator de membrana pode resultar em vantagens adicionais. Carvão ativado em pó pode auxiliar o processo de filtração de membrana através da remoção de substâncias poliméricas extraceluPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 15/45

12/35 lares EPS geradas da biomassa. A geração de EPS pode obstruir biorreatores de membrana que operam com tempos prolongados de retenção de lama (SRTs) e/ ou alto teor de sólidos suspensos em licor misto (MLSS). A redução ou a eliminação de EPS pode auxiliar a manter um ambiente adequado para a biomassa e prolongar a duração da membrana. A adsorção de contaminantes pelo carvão ativado em pó presente no biorreator também pode reduzir ou eliminar a incidência de choque tóxico no biorreator, que pode ser causada por grandes quantidades desses contaminantes.

[0039] A presença de carvão ativado em pó dentro de um biorreator de membrana também pode auxiliar na adsorção de compostos orgânicos e/ ou metais que podem obstruir irreversivelmente as membranas. Em uma modalidade, compostos orgânicos, tais como siloxanos, podem ser adsorvidos no carvão ativado em pó, assim, reduzindo ou eliminado os efeitos prejudiciais dos siloxanos sobre as membranas. A adsorção dos metais pelo carvão ativado em pó pode reduzir ou eliminar a presença dos metais encontrados em água de lixiviação, tais como sal inerte de ferro, cálcio, magnésio e manganês.

[0040] A presença de carvão ativado em pó em um biorreator de membrana também pode resultar em um licor misto menos viscoso do que uma lama biológica pura com a mesma concentração de biossólidos. Em filtração de membrana, a viscosidade da lama no ambiente da membrana é diretamente proporcionar à energia requerida para filtração de membrana. A taxa de obstrução de membranas em um biorreator de membrana é, em geral, proporcionar à taxa de fluxo em uma curva exponencial de modo que a redução da viscosidade de MLSS com a adição de carvão ativado em pó pode aperfeiçoar a capacidade de fluxo das membranas e reduzir os custos de capital e consumo de energia. A combinação de carvão ativado em pó em um biorreator de membrana permitirá a operação de concentrações maiores de licor

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13/35 misto, o que pode reduzir o tamanho do biorreator e os custos de capital e instalação associados.

[0041] O carvão ativado em pó em um biorreator de membrana pode auxiliar na esfrega, fisicamente, da superfície da membrana, o que pode resultar em um fluxo operacional maior e reduzir a frequência de limpeza no local, assim, prolongando a durabilidade da membrana e reduzindo os custos associados com a limpeza no local. A combinação de carvão ativado em pó com biorreatores de membrana também pode resultar em uma remoção mais estável de amônia. O carvão ativado em pó pode remover substâncias inibitórias para os nitrificadores sensíveis, o que os biorreatores de membrana sozinhos não podem fazer.

[0042] O uso de carvão ativado em pó em biorreatores tem uma vantagem significativa pelo fato de que ele pode ser regenerado e reutilizado. Em uma modalidade, a lama contendo carvão ativado em pó pode ser regenerada em uma unidade de oxidação úmida, aqui denotada como regeneração de ar úmido. A regeneração de ar úmido de carbonos ativados pode ser realizada em temperaturas menores do que aquelas para oxidação úmida. Por exemplo, uma lama contendo biossólidos e carvão ativado em pó pode ser regenerada com ar úmido em temperaturas de cerca de 240 °C a cerca de 260 °C. A regeneração de oxidação úmida de carbono destrói a porção volátil dos sólidos biológicos e oxida as substâncias orgânicas adsorvidas na superfície do carvão ativado em pó para restaurar sua capacidade adsortiva. A suspensão aquosa recuperada do processo de regeneração de oxidação úmida consiste, principalmente, em partículas de carbono reativado e as partículas de cinzas inorgânicas, removidas do esgoto pelo carbono e formada durante o processo de regeneração. A cinza pode ser ainda separada do carbono regenerado por métodos de separação conhecidos, tais como aqueles relatados nas patentes U.S. n°s

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4.778.598 e 4.749.492, ambas as quais são aqui incorporadas através de referência em suas totalidades para todos os fins.

[0043] O carvão ativado em pó regenerado por redução de ar úmido pode produzir um efluente de melhor qualidade, quando retornado para o biorreator do que o carvão ativado em pó virgem. O carvão ativado em pó regenerado pode ter propriedades adsortivas diferentes do carvão ativado em pó virgem, assim, aumentando as qualidades adsortivas. A regeneração de ar úmido de carvão ativado em pó pode alterar a estrutura de poro para se tornar mais adequada para remover materiais inibidores, tóxicos e/ ou refratários do esgoto. Similarmente, a regeneração de ar úmido de carvão ativado em pó pode alterar a estrutura de poro para se tornar menos adequada para remover materiais que podem ser assimilados biologicamente. A regeneração de ar úmido de carvão ativado em pó pode afetar a química da superfície, assim, mudando suas propriedades adsortivas totais. A regeneração de ar úmido de carvão ativado em pó pode alterar sua química de superfície, resultando em estrutura de carbono que é mais resistente à oxidação dentro da unidade de oxidação de ar úmido.

[0044] A regeneração de ar úmido também pode colocar um componente solúvel no licor misto do biorreator que pode acentuar a bioatividade e criar uma população biológica mais diversa. A regeneração de ar úmido também pode colocar nitrogênio de amônia de volta no licor misto que pode reduzir ou eliminar as exigências de nutrientes de nitrogênio desses resíduos que são deficientes em nitrogênio, assim, poupando custos químicos e operacionais. 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 métodos de gaseificação em que o calor da reação necessário na unidade é fornecido por oxidação parcial dentro da unidade. A energia adicional a ser fornecida

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15/35 para a unidade de regeneração de ar úmido pode ser proporcionada por incineração no local de uma porção de lama residual.

[0045] O carvão ativado em pó também pode ser regenerado em um segundo biorreator. O segundo tanque de tratamento biológico pode ser operado sob condições diferentes das condições no primeiro biorreator para proporcionar crescimento favorável de uma população biológica tendo uma relação diferente de organismos bacterianos de uma relação de organismos bacterianos na primeira população biológica presente no primeiro biorreator. Por exemplo, o primeiro biorreator pode ser dominado por uma população biológica aeróbica e o segundo tanque de tratamento biológico pode ser dominado por uma população facultativa, que pode destruir quaisquer biossólidos de bactérias aeróbicas. As bactérias facultativas ainda dirigidas para o primeiro tanque de tratamento biológico podem ser destruídas, subsequentemente, no primeiro biorreator.

[0046] Em uma modalidade, a população biológica no segundo tanque de tratamento biológico pode ainda assimilar os biossólidos e regenerar o carvão ativado presente nos biossólidos por nova reação com os orgânicos adsorvidos. As bactérias no segundo biorreator podem ser selecionadas, especificamente, por sua capacidade de atuar sobre os orgânicos adsorvidos no carvão ativado e/ ou minimizar uma quantidade de biossólidos a serem removidos do sistema de tratamento de esgoto. Por exemplo, a população bacteriana presente no segundo biorreator pode exibir menores rendimentos de sólidos e uma eficiência maior de digestão de resíduos em relação às bactérias no primeiro biorreator, assim, minimizando a geração de sólidos e, subsequentemente, a quantidade de sólidos a serem removidos do sistema de tratamento de esgoto.

[0047] O segundo biorreator pode compreender um ou mais tanques de fluxo contínuo e/ ou um ou mais tanques de processo em baPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 19/45

16/35 teladas. Em uma modalidade utilizando tanques de fluxo contínuo, a lama circulada entre em um ou mais tanques continua ou periodicamente. Os volumes de tanque podem ser essencialmente constantes, assim, volume correspondente extravasa 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 ser proporcionadas ao segundo biorreator para controlar o ambiente. Em outra modalidade utilizando os tanques de processo em bateladas, a lama circulada entre em um ou mais tanques, continua ou periodicamente. Os volumes dos tanques podem ser variáveis, assim, o retorno de lama condicionada para o primeiro tanque de tratamento biológico pode não corresponder à alimentação. A mistura e a aeração podem ser proporcionadas para controlar os ambientes. A lama pode ser tratada em um ciclo de batelada, que pode incluir um ou mais de: enchimento do tanque, mistura, sedimentação, aeração, decantação e retorno da lama para o processo de tratamento, em qualquer ordem, a fim de alcançar uma finalidade desejada.

[0048] O carvão ativado em pó regenerado resultante pode ser reciclado de volta para o primeiro biorreator em uma ou mais linhas de circulação, assim, reduzindo a quantidade de sólidos a serem removidos do sistema de tratamento de esgoto. Uma vantagem da presente invenção pode ser que através da redução da quantidade de sólidos a serem removidos do sistema de tratamento de esgoto, a quantidade de carvão ativado que é removido com os sólidos também pode ser reduzida, resultando em custos menores associados com o uso de menos carvão ativado.

[0049] Outra vantagem da presente invenção é que a manutenção de uma quantidade substancial do carvão ativado com orgânicos adsorvidos dentro do sistema de tratamento de esgoto permite que os orgânicos adsorvidos no carvão ativado permaneçam no sistema de

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17/35 tratamento de esgoto para novo tratamento e destruição. Os orgânicos adsorvidos no carvão ativado têm um tempo de permanência mais longo dentro do sistema de tratamento de esgoto, comparado com os orgânicos que não são adsorvidos no carvão ativado e passarão diretamente para fora do sistema de tratamento de esgoto com um primeiro efluente líquido. Um tempo de permanência aumentado de orgânicos dentro do sistema de tratamento de esgoto é particularmente vantajoso, quando tratando orgânicos recalcitrantes, que são difíceis e lentos para se degradarem. O tempo de permanência aumentado dos orgânicos pode resultar em uma destruição aumentada e/ ou completa de orgânicos recalcitrantes.

[0050] Outra vantagem da presente invenção é que o carvão ativado pode ser regenerado continuamente pela ação biológica de microorganismos no processo de tratamento de esgoto, eliminando uma etapa de regeneração separada de carvão ativado que é, tipicamente, removido dos sistemas de tratamento de armazenamento.

[0051] A lama contendo o carvão ativado em pó servido pode ser continua, periodica ou intermitentemente removido de um biorreator, tal como um biorreator de membrana. A remoção da lama contendo o carvão ativado em pó servido pode ser, mas não precisa, dirigida para um tanque de retenção antes de ser regenerada. Por exemplo, um biorreator de membrana pode ter um tempo de detenção hidráulica de entre cerca de 6 e cerca de 18 horas, enquanto o tempo de retenção de sólidos pode ser de cerca de 10 a cerca de 40 dias. Os sólidos contendo o carvão ativado em pó servido podem ser removidos completamente em um intervalo predeterminado com base na duração dentro do biorreator. Em uma modalidade, uma porção, tal como 10 por cento em volume dos sólidos contendo carvão ativado em pó, pode ser removida diariamente. O carvão ativado regenerado pode ser retornado para o biorreator continua, periodica e intermitentemente.

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18/35 [0052] Conforme ilustrado na figura 1, alguns sistemas de tratamento de esgoto 100 da invenção podem compreender um biorreator 120, um separador 130, um separador de sólidos inertes opcional 140, uma unidade de regeneração de carvão ativado em pó 150 e uma peneira opcional 110. A peneira 110 pode ter um tamanho de abertura que pode oscilar de cerca de 25 mm a cerca de 6 mm para remover itens grandes de lixo. O lixo que se acumula em uma face de recebimento da peneira 110 pode ser removido periodicamente.

[0053] O líquido peneirado é transportado ao longo do conduto 114 para o primeiro tanque de tratamento biológico 120 contendo uma ou mais bactérias desejadas. Carvão ativado em pó é adicionado, inicialmente, ao primeiro tanque de tratamento biológico 120 via conduto 122.

[0054] O esgoto que entra no tanque de tratamento biológico 120 contata o carvão ativado em pó e a população bacteriana que digerem componentes biodegradáveis no esgoto, produzindo um licor misto. O primeiro biorreator é operado sob condições favoráveis para o crescimento das bactérias desejadas. Orgânicos, incluindo orgânicos recalcitrantes, presentes no esgoto podem ser adsorvidos no carvão ativado em pó.

[0055] O licor misto e o carvão ativado em pó conduzindo os orgânicos passam para o separador de biomassa 130 ao longo do conduto 124. O separador 130 pode ser qualquer separador adequado para uma finalidade particular. Em uma modalidade, o separador 130 é um hidrociclone de sólido - líquido. Em outra modalidade, o separador 130 é um biorreator de membrana.

[0056] A biomassa no licor misto e o carvão ativado em pó são separados do efluente e são removidos do separador 130 via conduto 132. O efluente é removido de uma saída do separador 130 via conduto 136.

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19/35 [0057] Uma porção da biomassa e do carvão ativado em pó, conduzindo orgânicos combinados, é dirigida de volta para o biorreator 120 via condutos 134, 152 e 114. A população bacteriana presente na biomassa e carvão ativado em pó combinadas e re-povoam o tanque biológico 120 com a população bacteriana desejada.

[0058] Outra porção da biomassa e do carvão ativado em pó conduzindo orgânicos combinados é dirigida para um separador de sólidos inertes opcionais 140 via condutor 132, para remover material fino inerte pesado. O subsistema de separação de sólidos inertes compreende uma peneira fina e hidrociclone. Os sólidos inertes removidos dos biossólidos e carvão ativado em pó, conduzindo orgânicos, combinados são removidos via conduto 144, sem remover uma porção significativa dos biossólidos e do carvão ativado em pó, de modo que uma quantidade substancial do carvão ativado inicial permanece no sistema de tratamento de esgoto.

[0059] A mistura restante de biossólidos e carvão ativado em pó conduzindo orgânicos é transportada como lama para a unidade de regeneração 150 via conduto 142. Em uma modalidade, a unidade de regeneração 150 é uma unidade de regeneração de ar úmido operando em temperatura e pressão suficientes para regenerar o carvão ativado em pó bem como destruir um ou mais contaminantes restantes na lama do separador. O carvão ativado em pó reativado e a lama são removidos da unidade de regeneração de ar úmido 150 d transportados para o biorreator 120 via condutos 152 e 114.

[0060] Em outra modalidade, o separador 150 é um segundo biorreator. No segundo biorreator, a lama é exposta às condições anaeróbicas, anóxicas e aeróbicas reguladas por misturadores e um sistema de aeração (não mostrado), conforme apropriado para crescimento da população bacteriana desejada. As bactérias ainda digerem os biossólidos, bem como destroem os orgânicos adsorvidos no carvão ativado

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20/35 em pó. A destruição dos orgânicos no carvão ativado em pó regenera o carvão ativado em pó. Um segundo licor misto é removido do segundo biorreator 150 e transportado para o primeiro biorreator 120 via condutos 152 e 114.

[0061] Ainda em outra modalidade, uma segunda unidade de regeneração (não mostrada) pode ser conectada fluidicamente a jusante da unidade de regeneração 150. Por exemplo, uma unidade de regeneração de ar úmido (não mostrada) pode ser conectada fluidicamente a jusante do segundo biorreator 150 para regenerar ainda pelo menos uma porção de qualquer carvão ativado em pó servido restante, bem como aumentar a destruição de contaminantes que permanecem com a mistura de lama/ carvão ativado em pó. Similarmente, um segundo biorreator (não mostrado) pode ser conectado fluidicamente a jusante da unidade de regeneração de ar úmido 150 para regenerar ainda pelo menos uma porção de qualquer carvão ativado em pó servido restante e/ ou aumentar a destruição de quaisquer contaminantes que permaneçam com a mistura de lama/ carvão ativado em pó.

[0062] Em outra modalidade, o efluente que sai do separador 130 via linha 136 pode ser ainda tratado em uma unidade de oxidação úmida (não mostrada) para aumentar ainda a destruição de contaminantes que permanecem com o efluente.

[0063] Durante operação do sistema de tratamento de esgoto, carvão ativado em pó pode ser adicionado ao primeiro biorreator 120 em uma base de conforme necessário, para substituir qualquer carvão ativado em pó removido inadvertidamente durante os vários estágios de separação de sólidos, por exemplo, durante remoção de sólidos inertes. Contudo, à medida que a remoção de biossólidos do sistema de tratamento de esgoto é reduzida. Quando comparado com os sistemas típicos de tratamento de esgoto, a perda inadvertida do carvão ativado em pó também pode ser reduzida, resultando em custos menores de

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21/35 matéria-prima para carvão ativado em pó. A retenção do carvão ativado em pó dentro do sensor de temperatura da água aumenta o tempo de permanência de orgânicos adsorvidos no carvão ativado em pó, assim, aumentando a eficiência de destruição dos orgânicos e pode proporcionar a destruição completa de orgânicos recalcitrantes.

[0064] A figura 2 ilustra outra modalidade da invenção, O sistema de tratamento de esgoto 200 pode compreender um biorreator 220, um biorreator de membrana 230 e uma unidade de oxidação úmida 240. O esgoto a ser tratado entra no sistema de tratamento de esgoto através do conduto 214 e contata uma população bacteriana que digere componentes biodegradáveis no refugador de resíduos, produzindo um licor misto. O licor misto passa para o biorreator de membrana 230 via o conduto 222 para novo tratamento. O carvão ativado em pó pode ser adicionado diretamente ao biorreator 220 e/ ou diretamente ao biorreator de membrana 230 através das linhas 224 e 234, respectivamente. O licor misto, contendo biomassa e carvão ativado em pó, pode ser passado para uma unidade de regeneração (não mostrada) via conduto 236. O efluente que sai do biorreator de membrana 230 via conduto 232 é dirigido para a unidade de oxidação úmida 240 para tratamento adicional de retardo na degradação de contaminantes. O efluente da unidade de oxidação úmida 240 sai via conduto 242 para liberação, reutilização ou tratamento adicional.

[0065] A figura 3 ilustra outra modalidade do sistema de tratamento de esgoto da presente invenção. O sistema de tratamento de esgoto 300 compreende uma unidade de oxidação úmida 320 conectada fluidicamente a montante de um biorreator de membrana. O esgoto entra na unidade de oxidação úmida 320 via conduto 314 para oxidação. Como o biorreator de membrana recebe o efluente de uma unidade de oxidação úmida, ele pode, portanto, experimentar menos casos de perturbações tóxicas. Além disso, subprodutos indesejáveis da oxidaPetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 25/45

22/35 ção úmida, tais como ácidos carboxílicos, podem ser degradados, biologicamente, em um biorreator de membrana a jusante 330 da unidade de oxidação úmida. O efluente resultante passa para o biorreator de membrana 330 via conduto 332 para tratamento posterior, reutilização ou liberação. Opcionalmente, carvão ativado em pó pode ser adicionado à unidade de oxidação úmida 330 via conduto 336.

[0066] Alguns aspectos da invenção podem ser dirigidos, particularmente, para controle das operações de tratamento residual. Por exemplo, a figura 4 ilustra um sistema de tratamento de esgoto 400 similar ao sistema de tratamento de esgoto 100 mostrado na figura 1. O sistema de tratamento de esgoto 400 compreende um biorreator 420, um separador, um separador de sólidos inertes opcional, uma unidade de regeneração de carvão ativado em pó 450 e uma peneira opcional. Esgoto a ser tratado entra no sistema de tratamento de esgoto 400 através do conduto 412 e passa através de uma peneira de filtro grossa 410.

[0067] O líquido peneirado é transportado ao longo do conduto 414 para o primeiro tanque de tratamento biológico 420 contendo uma ou mais bactérias desejadas. Carvão ativado em pó é adicionado inicialmente ao tanque de tratamento biológico 420 via conduto 422.

[0068] O esgoto que entra no tanque de tratamento biológico 420 contata o carvão ativado em pó e a população bacteriana que digerem componentes biodegradáveis no esgoto, produzindo um licor misto. O primeiro biorreator é operado sob condições favoráveis para o crescimento das bactérias desejadas. Orgânicos, incluindo orgânicos recalcitrantes, presentes no esgoto, podem ser adsorvidos no carvão ativado em pó.

[0069] O licor misto e o carvão ativado em pó, conduzindo os orgânicos, passam para o biorreator de membrana 460 ao longo do conduto 424. A biomassa no licor misto e o carvão ativado em pó são sePetição 870170076078, de 06/10/2017, pág. 26/45

23/35 parados do efluente e são removidos do biorreator de membrana 460 para o tanque de retenção 470 via conduto 432. Efluente é removido de uma saída do biorreator de membrana via conduto 436.

[0070] Uma porção da biomassa e do carvão ativado em pó, conduzindo orgânicos, combinados, é dirigida de volta para o biorreator 420 via condutos 434, 452 e 414. A população bacteriana presente na biomassa e no carvão ativado em pó combinados re-povoam o tanque biológico 420 com a população bacteriana desejada.

[0071] A mistura restante de biossólidos e carvão ativado em pó conduzindo orgânicos é transportada como lama para a unidade de regeneração de ar úmido 450 via conduto 442. A unidade de regeneração de ar úmido 450 opera em temperatura e pressão suficientes para regenerar o carvão ativado em pó, bem como destruir um ou mais contaminantes restantes na lama do separador.

[0072] O controlador 500 pode responder aos sinais de cronômetros (não mostrados) e ou sensores (não mostrados) posicionados em qualquer localização particular dentro do sistema. Por exemplo, um sensor posicionado no biorreator de membrana 460 pode indicar condições menos do que ótimas no biorreator de membrana. Os sensores podem monitorar um ou mais parâmetros operacionais, tais como pressão, temperatura, fluxo de membrana, uma ou mais características dos sólidos suspensos no licor misto e/ ou uma ou mais características do efluente tratado. O controlador 500 pode responder pela geração de um sinal de controle, fazendo com que todos ou uma porção dos sólidos contendo carvão ativado em pó servido sejam removidos do biorreator de membrana. Similarmente, um sensor (não mostrado) posicionado no conduto 436 pode indicar que os níveis de contaminante, que permanecem no efluente do biorreator de membrana, alcançaram um nível indesejável. O controlador 500 pode, mais uma vez, responder pela geração de um sinal de controle, fazendo com que todos

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24/35 ou uma porção dos sólidos contendo carvão ativado em pó servido sejam removidos do biorreator de membrana.

[0073] O sistema e o controlador de uma ou mais modalidades da invenção proporcionam uma unidade versátil tendo múltiplos modos de operação, que podem responder às múltiplas entradas para aumentar a eficiência do sistema de tratamento de esgoto.

[0074] O controlador do sistema da invenção 500 pode ser implementado usando um ou mais sistemas de computador 600 como mostrado, exemplarmente, na figura 5. O sistema de computador 600 pode ser, por exemplo, um computador para fins gerais, tais como aqueles baseados em processador da Intel tipo PENTIUM®, um processador Motorol PowerPC®, um processador Hewlett- Packard PA-RISC®, um processador Sun UltraAPARC^® ou qualquer outro tipo de processador ou sua combinação. Alternativamente, o sistema de computador pode incluir hardware para fins especiais, especialmente programado, por exemplo, um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) ou controladores destinados a sistemas de tratamento de água.

[0075] O sistemas de computador 600 pode incluir um ou mais processadores 602 conectados, tipicamente, a um ou mais dispositivos de memória 604, que podem compreender, por exemplo, qualquer uma ou mais de uma memória de acionamento de disco, um dispositivo de memória flash, um dispositivo de memora RAM ou outro dispositivo para armazenamento de dados. A memória 604 é usada, tipicamente, para armazenamento de programas e dados durante a operação do sistema 400 e/ ou sistema de computador 600. Por exemplo, a memória 604 pode ser usado para armazenamento de dados históricos referentes aos parâmetros através de um período de tempo, bem como dados operacionais. Software, incluindo código de programação, que implementa as modalidades da invenção, pode ser armazenado em um meio de gravação não volátil legível e/ ou que pode ser escrito

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25/35 (discutido ainda com relação à figura 6) e, então, copiado, tipicamente, na memória 604 em que ele pode, então, ser executado pelo processador 602. Esse código de programação pode ser escrito em qualquer de uma pluralidade de linguagens de programação, por exemplo, Java, Visual Basic, C, C#, ou C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL, ou qualquer de uma variedade de suas combinações.

[0076] Os componentes do sistema de computador 600 podem ser acoplados por um ou mais mecanismos de interconexão 606, que podem incluir um ou mais barramentos (por exemplo, entre componentes que são integrados dentro de um mesmo dispositivo) e/ ou uma rede (por exemplo, entre componentes que residem em dispositivos distintos separados). O mecanismo de interconexão, tipicamente, permite que comunicações (por exemplo, dados, instruções) a serem permutados entre componentes do sistema 600.

[0077] O sistema de computador 600 também podem incluir um ou mais dispositivos de entrada 608, por exemplo, um teclado, mouse, TrackBall, microfone, tela de toque e outros dispositivos de interface homem - máquina, bem como um ou mais dispositivos de saída 610, por exemplo, um dispositivo de impressão, uma tela de exposição ou alto-falante. Além disso, o sistema de computador 600 pode conter uma ou mais interfaces (não mostradas) que podem conectar o sistema de computador 600 a uma rede de comunicação (além de ou como uma alternativa à rede que pode ser formada por um ou mais dos componentes do sistema 600).

[0078] De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, o um ou mais dispositivos de entrada 608 pode incluir sensores para medição de parâmetros do sistema 400 e/ ou seus componentes. Alternativamente, os sensores, as válvulas de medição e/ ou bombas ou todos esses componentes podem ser conectados a uma rede de comunicação (não mostrada) que é acoplada operativamente ao sistema

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26/35 de computador 600. Qualquer um ou mais dos acima podem ser acoplados ao outro sistema ou componente de computador para se comunicar com o sistema de computador 600 através de uma ou mais redes de comunicação. Essa configuração permite que qualquer sensor ou dispositivo de geração de sinal esteja localizado em uma distância significativa do sistema de computador e/ ou permitir que qualquer sensor esteja localizado em uma distância significativa de qualquer subsistema e/ ou controlador, ao mesmo tempo em que ainda proporciona dados entre eles. Esses mecanismos de comunicação podem ser afetados pela utilização de qualquer técnica adequada, incluindo, mas não limitado àquelas que utilizam protocolos sem fio. [0079] Como mostrado exemplificativamente na figura 6, o controlador 600 pode incluir um ou mais meios de armazenamento de computador, como meio de gravação não volátil legível e/ ou possível de escrita 702 em que sinais podem ser armazenados que definem um programa a ser executado por um ou mais processadores 602. O meio 702 pode ser, por exemplo, um disco ou memória flash. Em operação típica, o processador 602 pode fazer com que dados, tais como código, que implementam uma ou mais modalidades da invenção, sejam lidos do meio de armazenamento 702 em uma memória 704 que permite acesso mais rápido à informação pelo um ou mais processadores do que o meio 702. A memória 704 é, tipicamente, uma memória volátil, de acesso randômico (DRAM) ou memória estática (SRAM, ou outros dispositivos adequados, que facilita a transferência de informação para e do processador 602.

[0080] Embora o sistema de computador 600 seja mostrado à guisa de exemplo como um tipo de sistema de computador em que vários aspectos da invenção podem ser postos em prática, será apreciado que a invenção não está limitada a ser implementada em software ou no sistema de computador, conforme mostrado exemplificativamente.

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Na verdade, em lugar de implementados, por exemplo, em um sistema de computador para fins gerais, o controlador, ou componentes ou suas sub-seções, alternativamente, podem ser implementados como um sistema dedicado ou como um controlador lógico programável (PLC) dedicado ou em um sistema de controle distribuído. Ainda, será apreciado que um ou mais características ou aspectos da invenção podem ser implementados em software, hardware ou firmware, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, um ou mais segmentos de um algoritmo executável pelo controlador 500 podem ser realizados em computadores separados, que, por sua vez, podem estar em comunicação através de uma ou mais redes.

Exemplos

Exemplo 1 [0081] Foram conduzidos estudos em escala de bancada para avaliar o impacto de Tratamento de Carvão ativado em Pó (PACR®) e oxidação com ar úmido na remoção de EDCs de tratamento de lama ativada. Dois reatores aeróbicos em escala de bancada foram usados e operados simultaneamente lado a lado. Cada reator em escala de bancada incluía um tanque de aeração cilíndrico de aço inoxidável de 10 L com um misturador mecânico e bombas de efluentes e alimentação peristáltica, que transferiam alimentação e efluente do tanque de aeração. Cada tanque de aeração estava equipado com um difusor de ar no fundo do tanque para distribuir ar comprimido. Cada reator aeróbico foi operado em um modo sequencial de bateladas, compreendendo um ciclo de enchimento, um ciclo de aeração, um ciclo inativo e um ciclo de decantação. Cronômetros programáveis sequenciados através dos vários ciclos controlam a operação de batelada. O pH de cada tanque de aeração foi controlado usando um sistema que, automaticamente, adicionava ácido ou produto cáustico ao tanque, conforme necessário. O resíduo de influente foi bombeado no reator, onde foi

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28/35 misturado com os sólidos biológicos em um primeiro reator e uma mistura de sólidos biológicos e carvão ativado em um segundo reator. A mistura de sólidos e esgoto foi aerada por um período de tempo suficiente para afetar a oxidação biológica e a assimilação, momento em que a aeração foi interrompida. O tempo de retenção hidráulica (HRT) para cada reator foi cerca de 6 horas. Foi permitido que os sólidos no licor misto em ambas as unidades se acumulassem aproximadamente na mesma concentração. Foi permitido que os sólidos sedimentassem e o efluente foi decantado do topo do reator. Após a remoção do efluente, cada reator de batelada, mais uma vez, foi cheio com esgoto influente e os ciclos foram repetidos.

[0082] Antes da condução desse estudo, quatro carbonos ativados em pó, disponíveis comercialmente, foram avaliados para remoção de EDC por meio da geração de isotermas de adsorção para cada um dos carbonos ativados. A isotermia de adsorção representa uma relação entre a quantidade de contaminante adsorvido por peso de unidade de carbono e a concentração restante do contaminante. Os resultados experimentais são plotados na figura 7 (log - log), com a concentração de contaminante residual no eixo de X e a quantidade de contaminante adsorvida por unidade de adsorvente no eixo de Y.

[0083] No procedimento de isotermia de adsorção de carbono, o carbono foi filtrado da amostra após o período de contato. A fim de determinar se a filtragem com um filtro de 0,45 mícrons tinha algum efeito sobre a remoção de EDC, foi conduzida a análise em uma amostra da alimentação sintética adicionada e uma amostra filtrada da alimentação sintética adicionada. A mistura de alimentação sintética, adicionada com EDCs, foi usada por todos os experimentos e incluía:

Glicose 165 mg/L

Acetato de sódio 200 mg/L

Fosfato de amônio hidrogênio 40 mg/L

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Uréia 40 mg/L

Centrum® líquido 5 mg/L [0084] Os seguintes produtos químicos de rompimento endócrino foram adicionados à alimentação acima:

Bisfenol A 267 ng/L

Estradiol 2000 ng/L

Etinil estradiol 23 ng/L

Estrona 235 ng/L [0085] Os resultados analíticos indicaram que a concentração de bisfenol A é reduzida após a filtragem. A Tabela I é um resumo daqueles resultados.

Tabela I: Remoção de EDC devido à filtragem (concentração em ng/L)
Amostra	Alimentação adicionada	Alimentação adicionada filtrada
bisfenol A	262,67	27,7
β estradiol	1941,24	2064,56
etinil estradiol	2,85	2,36
estrona	222,88	282,65

[0086] Adsorções de EDC em vários meios de carbono foram testadas a fim de selecionar um carbono adequado para remover EDCs. Lignita, betume e carbono baseado em madeira foram foram testados. Os carbonos testados incluíam Westvaco Nuchar SA-20 disponível de MeadWestvaco, Co. (Covington, VA) denominado Carbono A; Norit Hydrodarco C disponível de Norit Americas, Inc. (Marshall, TX) denominado Carbono B; Jacobi Aquasorb BP-4 disponível de Jacobi Carbons (Philadelphia, PA) denominado Carbon C; e Calgon WPX disponível de Calgon Carbon Corp. (Pittsburgh, PA) denominado Carbono D. A Tabela II é um resumo da concentração de EDC residual para os vários meios de carbono testados.

Tabela II: Concentrações de EDC residual (ng/L)
Carbono A
Dose de Carbono	250 mg/L	500 mg/L	1000 mg/L

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Bisfenol A	9,9	5,53	4,31
β estradiol	4,15	0,73	0,25
Etinil estradiol	nd	0,01	nd
Estrona	nd	0,05	12,61
Carbono B
Dose de Carbono	250 mg/L	500 mg/L	1000 mg/L
Bisfenol A	4,84	5,3	3,16
β estradiol	1,66	0,84	0,54
Etinil estradiol	nd	nd	0,02
Estrona	nd	0,13	nd

Tabela II: Concentrações de EDC residual (ng/L)
Carbono C
Dose de Carbono	250 mg/L	500 mg/L	1000 mg/L
Bisfenol A	3,09	3,94	4,33
β estradiol	2,54	3,84	1,17
Etinil estradiol	nd	nd	0,17
Estrona	0,02	1,27	0,10
Carbono D
Dose de Carbono	250 mg/L	500 mg/L	1000 mg/L
Bisfenol A	0,52	10,12	3,72
β estradiol	2,63	0,48	0,01
Etinil estradiol	1,14	0,39	nd
Estrona	1,05	nd	nd

[0087] Isotermas de adsorção de carbono para cada um dos quatro carbonos foram preparadas a partir de dados de estradiol. As isotermas não foram preparadas usando os resultados de etinil estradiol e estrona por causa do grande número de resultados não detectáveis. Os resultados do Bisfenol A também não foram usados por causa da capacidade de filtragem desse composto. A figura 7 ilustra a isoterma de adsorção de carbono para estradiol para cada um dos quatro carbonos.

[0088] A isotermia indica que o Carbono D mostrou capacidades

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31/35 superiores de adsorção de Beta estradiol e pode obter menor concentração nas amostras tratadas. O Carbono D, portanto, foi escolhido para testagem posterior.

[0089] Cada sistema foi operado sob condições equivalentes, conforme mostrado na Tabela III.

Tabela III: Dados de Operação Sistemas de Lama Ativada
Parâmetro	Valor Médio
	Com PAC	Sem PAC
Tempo de Retenção Hidráulica, Horas	6	6
Dose de carbono, mg/L	250	—
Taxa de absorção de oxigênio, mg/L	12,1	16,6
Licor misto D.O. mg/L	6,77	6,9
Licor misto - Ph	7,14	7,17
Licor misto - Temperatura, °C	30,0	29,7
Licor misto SS, mg/L	—	2500
Biomassa mg/L	5700	—
Carbono mg/L	13100	—

[0090] Parâmetros de operação de sistema de lama ativada, mantidos para o sistema de lama ativada, com e sem carvão ativado em pó, tabulado na Tabela III, indicam que ambos os sistemas foram operados em tempos de retenção hidráulica e concentrações de licor misto equivalentes, a diferença sendo que um sistema continha carvão ativado em pó.

Análise de EDC [0091] Amostras foram extraídas e uma concentração de amostra foi obtida através de filtragem de uma amostra de dois litros através de disco de extração de alto desempenho de C18. O disco de C18 foi limpo com 10 ml de uma solução de 50/50 de diclorometano (DCM)/ acetato de etila e condicionado com 10 ml de metanol, seguido por um enxágue com 20 ml do tipo I. A amostra de 2 L foi filtrada através do disco e, então, eluída, primeiro com 5 ml de acetato de etila, então, 5

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32/35 ml de uma mistura de 50/ 50 de acetato de etila e DCM, seguido por um DCM de 5 ml sozinho. Os extratos foram soprados até quase secagem com nitrogênio e transferidos com diversos enxágues de etanol para um frasco de âmbar calibrado de 2 ml, secos até quase secagem e trazidos de volta para 1,5 ml em etanol. As amostras foram armazenadas em um resfriador a 4° C até serem analisadas.

[0092] As amostras foram analisadas usando técnicas de HPLCMS-MS. A separação de HLPC foi realizada em um sistema Agilent 1100 disponível de Agilent Technologies, Inc. (Santa Clara, CA), que consistia em um auto-amostrador, uma bomba de gradiente binário, uma unidade de desgaseificação de solvente e um compartimento de coluna com forno. A coluna analítica era uma Phenomenex Synergi MAX-RP (250 mm x 4,6 mm, com tamanho de poro de quatro mícrons), disponível de Phenomenex (Torrance, CA), que foi mantida em temperatura ambiente durante a análise. Injeções de amostra de 15 microlitros foram analisadas com extração de gradiente em 0,7 ml/ minuto. O solvente A era ácido fórmico a 0,1% e o solvente B era acetonitrila. O gradiente foi programado como segue: 0-2 minutos - 95% A; 2-10 minutos - mudança de etapa para 100% B; 10-20 minutos - mudança de etapa de volta para 95% A . Para reequilíbrio da coluna antes da injeção seguinte. A análise de MS/MS foi realizada em um espectrômetro triplo de massa quadripolar SCIEX API 4000, disponível de MDS Sciex (Concord, ON, Canada). A ionização foi obtida com Ionização Química com Pressão Atmosférica de Modo Positivo. A identificação e a quantificação dos analitos alvo foram obtidas por Monitoração de Reação Múltipla de transições se íons de pai para filha.

[0093] Amostras das alimentações, efluentes e licores mistos também foram analisadas, como segue, na Tabela IV.

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Tabela IV: Métodos Analíticos
Parâmetro de Medição	Abrevi- ação	Método	Referência
Oxigênio químico - demanda	COD	refluxo de dicroma- to	EPA 410,4
Oxigênio bioquímico - demanda	BOD	5 dias, 20 graus C	EPA 405,1
Sólidos suspensos	SS	gravimétrico	EPA 160,2
Nitrogênio Kjeldahl total	TKN	digestor de bloco	EPA 351,2
Amônia-nitrogênio	NH3-N	fenato automatizado	EPA 350,1
Nitrito-nitrogênio	NO2-N	cromatografia de íons	EPA 300,0
Nitrato-nitrogênio	NO3-N	cromatografia de íons	EPA 300,0
Fósforo total	TP	ascórbico automatizado	EPA 365,4
Carbono/ biomassa		ácido nítrico digestão

[0094] As unidades de lama ativada foram colocadas em operação e funcionaram por cerca de 8 semanas com amostras tomadas em 2, 6, 7 e 8 semanas, mostradas na Tabela V.

[0095] A fim de acessar a remoção de EDC no efluente, os efluentes dos processos de lama ativada foram filtrados antes de submetidos à análise. Um filtro de Whatman de membrana de nitrato de celulose de 0,45 microgramas foi usado para esse procedimento. A Tabela V é um sumário dos resultados analíticos para a alimentação e efluentes dos sistemas de tratamento de lama ativada, todos os valores são ng/L.

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

	2 semanas	6 semanas
Parâmetro	alimentação	com PAC	Nenhum PAC	alimenta- ção	com PAC	Nenhum PAC
Bisfenol A	9,56	0,45	0,39	33	1,2	<1
β estradiol	2519,23	<1	22,22	1385	<1	<1
Etinil estradiol	12,23	<1	<1	23	<1	<1
Estrona	368,76	<1	<1	511	<1	<1

	7 semanas	8 semanas
Parâmetro	alimentação	com PAC	Nenhum PAC	alimen- tação	com PAC	Nenhum PAC
Bisfenol A	32	<1	1,0	14	>1	<1
β estradiol	1519	1,1	2,4	843	4,22	1,7
Etinil estradiol	1,4	<1	<1	>1	>1	<1
Estrona	347	<1	<1	159	>1	<1

[0096] Em todos menos em um teste, o sistema operando com PAC mostrou uma redução maior em β estradiol. O resultado de 4,2 ng/L é suposto ser devido ao erro analítico e não representativo do valor real baseado na análise pseudo duplicata desde o dia da amostra e antes da análise, o valor real é, provavelmente, <1 ng/L. A presença de carvão ativado em pó no sistema de lama ativada aumentou a remoção de EDCs da lama

Exemplo II [0097] Foi conduzido um estudo para determinar o impacto da Oxidação de Ar Úmido na destruição de EDCs associados com aqueles sólidos e determinar se EDCs do tipo testado seriam formados durante o processo de oxidação.

[0098] Os testes de WAO foram realizados em uma autoclave de

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35/35 laboratório fabricada de aço inoxidável. A autoclave tem um volume total de 750 mL. Para conduzir os testes de WAO, 200 mL do licor misto do sistema de lama ativada com PAC foram adicionados, inicialmente, à autoclave. A autoclave, carregada com ar comprimido, colocado em um mecanismo aquecedor/ agitador, aquecido a 220° C e mantido na temperatura por uma hora. Em seguida à oxidação, a autoclave foi resfriada até a temperatura ambiente e os gases desprendidos foram ventilados e analisados para assegurar que oxigênio residual estava presente. A amostra foi removida da autoclave e submetida à análise.

Tabela VI: WAO de Licor Misto
Sistema de Lama Ativada com PAC
Parâmetro	Concentração de Entrada	Concentração de Saída
Bisfenol A	<1	<1
Estradiol	<1	<1
Etinil estradiol	<1	<1
Estrona	<1	<1

[0099] Os resultados da concentração de entrada na Tabela VI (ng/L) indicam que não houve uma concentração relatável de EDCs na porção de sólidos da lama ativada com o licor misto de PAC. Os EDCs, provavelmente, foram rompidos biologicamente no processo e inextricavelmente adsorvidos pelo PAC. Contudo, os resultados da oxidação (concentração de saída) demonstraram que nenhum EDC do tipo testado foi formado durante o processo de WAO.

[00100] O uso de termos ordinais, tais como primeiro, segundo, terceiro e semelhantes no relatório descritivo e reivindicações para modificar um elemento não significam qualquer prioridade, precedência ou ordem de um elemento em relação ao outro ou ordem temporal em que atos de um método são realizados, mas são usados apenas como rótulos para distinguir um elemento tendo um certo nome de outro elemento tendo um mesmo nome (mas para uso do termo ordinal) para distinguir os elementos.

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Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema de tratamento de esgoto (100) compreendendo: uma fonte de esgoto;

   caracterizado por compreender ainda um biorreator de membrana (120) conectado fluidicamente a jusante da fonte de esgoto, o biorreator de membrana (120) em contato com o esgoto e compreendendo um adsorvente, o adsorvente compreendendo carvão ativado em pó; e uma unidade de regeneração (150) de adsorvente conectada fluidicamente a jusante do biorreator de membrana (120).
2. 2. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de regeneração (150) de adsorvente compreende uma saída conectada fluidicamente ao biorreator de membrana (120).
3. 3. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de regeneração (150) de adsorvente está disposta para receber intermitentemente lama formada no biorreator de membrana (120).
4. 4. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de regeneração (150) de adsorvente compreende uma unidade de oxidação de ar úmido.
5. 5. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de regeneração (150) de adsorvente compreende um segundo biorreator.
6. 6. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o biorreator de membrana (120) compreende uma primeira população biológica e o segundo biorreator (150) compreende uma segunda população biológica.
7. 7. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a

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   2/3 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o adsorvente é carvão ativado em pó.
8. 8. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um separador (130) conectado fluidicamente a jusante do biorreator de membrana (120) e conectado fluidicamente a montante da unidade de regeneração (150) de adsorvente.
9. 9. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o separador (130) é um hidrociclone.
10. 10. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o separador (130) é um biorreator de membrana (130).
11. 11. Sistema de tratamento de esgoto (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade de oxidação de ar úmido conectada fluidicamente a jusante do separador (130).
12. 12. Método de tratamento de esgoto, realizado em um sistema como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, compreendendo:

    fornecer uma fonte de esgoto;

    caracterizado por compreender ainda fornecer um biorreator de membrana (120) conectado fluidicamente à fonte de esgoto;

    contactar o esgoto com um adsorvente e uma população biológica para produzir uma primeira corrente de produto compreendendo o adsorvente, o adsorvente compreendendo carvão ativado em pó;

    regenerar uma porção do adsorvente na primeira corrente de produto por meio de oxidação de ar úmido para produzir uma segunda corrente de produto; e

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    3/3 passar a segunda corrente de produto para o biorreator de membrana (120).

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