BRPI0712603B1

BRPI0712603B1 - WASTE LIQUID TREATMENT

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Publication number: BRPI0712603B1
Authority: BR
Publication date: 2019-07-23

Description

“TRATAMENTO DE LÍQUIDO AQUOSO”"TREATMENT OF AQUEOUS LIQUID"

Trata-se de uma invenção que relaciona um método e aparelho para tratamento de líquido aquoso que apresenta uma demanda de oxigênio.It is an invention that relates a method and apparatus for treating aqueous liquid that presents an oxygen demand.

Um tratamento convencional de água contaminada é realizado em um recipiente por sólidos de bactérias aeróbicas que degradam os contaminantes orgânicos na água na presença de oxigênio. A água no recipiente é agitada para manter os sólidos de bactérias em suspensão. A aeração da água mantém as condições aeróbicas necessárias.A conventional treatment of contaminated water is carried out in a container by solids of aerobic bacteria that degrade organic contaminants in the water in the presence of oxygen. The water in the container is stirred to keep the bacteria solids in suspension. The aeration of the water maintains the necessary aerobic conditions.

Em uma estação de tratamento de água contaminada existe geralmente um fluxo contínuo de água a ser tratada no recipiente e um fluxo contínuo de água tratada contendo sólidos de bactérias para fora do recipiente. O fluxo para fora da água tratada é direcionado do recipiente de tratamento para o tanque de decantação onde os sólidos se depositam com a ação da gravidade, deixando um sobrenadante límpido, que pode ser eliminado continuamente para o meio ambiente ou para tratamento posterior.In a contaminated water treatment plant there is usually a continuous flow of water to be treated in the container and a continuous flow of treated water containing bacteria solids out of the container. The flow out of the treated water is directed from the treatment container to the settling tank where the solids are deposited with the action of gravity, leaving a clear supernatant, which can be continuously eliminated into the environment or for further treatment.

Foi proposto utilizar assentamento pela ação da gravidade e o emprego da filtração por membrana de fluxo cruzado para separar os sólidos de bactérias da água. Uma vantagem em potencial da filtração por membrana é que pode ser controlar com sucesso concentrações maiores de sólidos de bactérias do que a separação pela gravidade. Como resultado, maiores quantidades de materiais de descarte aquosos podem ser tratadas. A “força de um material de descarte aquoso é refletida por sua Demanda de Oxigênio Biológico (BOD) ou por sua Demanda de Oxigênio Químico (COD), ou ambos.It was proposed to use settlement by the action of gravity and the use of cross-flow membrane filtration to separate the bacteria solids from the water. A potential advantage of membrane filtration is that it can successfully control higher concentrations of bacteria solids than separation by gravity. As a result, greater amounts of aqueous waste materials can be treated. The “strength of an aqueous waste material is reflected by its Demand for Biological Oxygen (BOD) or its Demand for Chemical Oxygen (COD), or both.

Até agora, tem sido difícil obter o benefício máximo dos filtros de membrana tubular de fluxo cruzado em um processo de tratamento de água contaminada. As dificuldades surgem para manter limpas as superfícies das aberturas das membranas internas e, portanto, explorar sua habilidade em potencial para manter grandes concentrações de sólidos. Essas primeiras dificuldades podem ser abrandadas através da limpeza das superfícies internas das aberturas com bolhas de ar, conforme descrito na patente W001/00307A. Entretanto, o método de limpeza descrito é isolado sem qualquer tentativa de integração de tal limpeza com um processo de tratamento total do líquido aquoso, sendo o principal desafio manter as condições adequadas de tratamento no recipiente de tratamento.So far, it has been difficult to get the maximum benefit from cross-flow tubular membrane filters in a contaminated water treatment process. Difficulties arise in keeping the surfaces of the inner membrane openings clean and, therefore, exploiting their potential ability to maintain large concentrations of solids. These first difficulties can be mitigated by cleaning the internal surfaces of the openings with air bubbles, as described in patent W001 / 00307A. However, the described cleaning method is isolated without any attempt to integrate such cleaning with a total aqueous liquid treatment process, the main challenge being to maintain adequate treatment conditions in the treatment container.

De acordo com a presente invenção, é fornecido um método para o tratamento do líquido aquoso, que apresenta uma demanda de oxigênio, compreendendo as etapas de: recebimento de um fluxo de líquido em um recipiente; redução da demanda de oxigênio de um volume de líquido no recipiente através do tratamento com sólidos de bactérias aeróbicas em suspensão, na presença de oxigênio dissolvido; transporte do recipiente para um separador de membrana clarificadora do fluxo do líquido tratado pressurizado, com esse fluxo contendo sólidos de bactérias aeróbicas em suspensão, e o separador de membrana contendo um arranjo de membranas capazes de clarificar o fluxo pressurizado; separação do dito fluxo pressurizado através do separador de membrana em i) uma corrente de reciclo pressurizada concentrada nos sólidos de bactéria aeróbicas e ii) uma corrente de saída de líquido transparente; limpeza das membranas com um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, com o primeiro gás óxico sendo transportado para fora do separador de membrana na corrente de reciclo pressurizada; retorno da corrente de reciclo pressurizada para abaixo da superfície do volume do líquido no frasco, dessa forma oferecendo no mínimo algum oxigênio que é então dissolvido; introdução de um segundo gás óxico selecionado do oxigênio e ar e suas misturas na corrente de reciclo pressurizada e/ou em uma outra corrente pressurizada de líquido aquoso fluindo para o dito volume, e controlando a taxa total de introdução do primeiro e do segundo gás com relação ao pH e à concentração do oxigênio dissolvido do dito volume de líquido aquoso ou aos parâmetros relacionados.In accordance with the present invention, a method is provided for the treatment of the aqueous liquid, which presents an oxygen demand, comprising the steps of: receiving a flow of liquid in a container; reduction of oxygen demand for a volume of liquid in the container through treatment with suspended aerobic bacteria solids, in the presence of dissolved oxygen; transporting the container to a membrane separator that clarifies the flow of the pressurized treated liquid, with that flow containing solids of aerobic bacteria in suspension, and the membrane separator containing an arrangement of membranes capable of clarifying the pressurized flow; separating said pressurized flow through the membrane separator in i) a pressurized recycle stream concentrated in the aerobic bacteria solids and ii) a transparent liquid outlet stream; cleaning the membranes with a first toxic gas, selected from oxygen and air and their mixtures, with the first toxic gas being transported out of the membrane separator in the pressurized recycling stream; return of the pressurized recycling stream to below the surface of the liquid volume in the bottle, thus offering at least some oxygen which is then dissolved; introducing a second toxic gas selected from oxygen and air and their mixtures in the pressurized recycle stream and / or another pressurized stream of aqueous liquid flowing to said volume, and controlling the total rate of introduction of the first and second gas with in relation to the pH and concentration of dissolved oxygen in said volume of aqueous liquid or related parameters.

A invenção também oferece um aparelho para o tratamento de líquido aquoso que apresenta uma demanda de oxigênio, compreendendo: um recipiente de tratamento para receber o fluxo do líquido aquoso, com uma demanda de oxigênio; um dispositivo de dissolução do oxigênio no dito líquido, na presença de bactérias aeróbicas para reduzir a demanda de oxigênio de um volume do dito líquido; um dispositivo de transporte do fluxo pressurizado do líquido tratado, contendo sólidos de bactérias aeróbicas, do recipiente através de um conduto para um separador de membrana capaz de clarificar o dito líquido tratado em uma corrente de reciclo pressurizada, concentrada em sólidos de bactérias aeróbicas, e uma saída de líquido transparente; um dispositivo para introduzir um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, para o dito separador de membrana para limpar o dito separador de membrana; um conduto para transportar a dita corrente de reciclo pressurizada e o dito primeiro gás óxico de volta para abaixo da superfície do volume do líquido aquoso que apresenta demanda de oxigênio no recipiente; um dispositivo para introduzir um segundo gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, no conduto para transporte do dita corrente de reciclo pressurizada e o dito primeiro gás óxico de volta para abaixo da superfície do volume do líquido aquoso que apresenta demanda de oxigênio no recipiente e/ou no conduto para transporte de uma outra corrente pressurizada do líquido aquoso fluindo para o dito volume de líquido aquoso apresentando demanda de oxigênio no recipiente; e, um dispositivo de controle da taxa total de introdução do primeiro e do segundo gás óxico com relação ao pH e à concentração de oxigênio dissolvido do dito volume de líquido aquoso ou aos parâmetros relacionados.The invention also offers an apparatus for the treatment of aqueous liquid that presents an oxygen demand, comprising: a treatment container for receiving the flow of the aqueous liquid, with an oxygen demand; a device for dissolving oxygen in said liquid, in the presence of aerobic bacteria to reduce the oxygen demand for a volume of said liquid; a device for transporting the pressurized flow of the treated liquid, containing aerobic bacteria solids, from the container through a conduit to a membrane separator capable of clarifying said treated liquid in a pressurized recycle stream, concentrated in aerobic bacteria solids, and a transparent liquid outlet; a device for introducing a first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, to said membrane separator for cleaning said membrane separator; a conduit for carrying said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the surface of the volume of the aqueous liquid which presents oxygen demand in the container; a device for introducing a second toxic gas, selected from oxygen and air and their mixtures, into the conduit for transporting said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the surface of the volume of the aqueous liquid that presents oxygen demand in the container and / or in the conduit for transporting another pressurized stream of aqueous liquid flowing to said volume of aqueous liquid showing oxygen demand in the container; and, a device for controlling the total rate of introduction of the first and the second toxic gas with respect to the pH and dissolved oxygen concentration of said volume of aqueous liquid or related parameters.

A demanda de oxigênio pode ser uma demanda de oxigênio química (COD) ou biológica ou demanda de oxigênio bioquímica (BOD), ou ambas.The oxygen demand can be either a chemical oxygen demand (COD) or biological or biochemical oxygen demand (BOD), or both.

O uso de gás óxico, de preferência oxigênio, para limpar o separador de membrana e oxigenar a água a ser tratada torna possível o tratamento eficaz do líquido aquoso de des carie, que apresenta uma alta BOD e/ou COD. Por exemplo, águas contaminadas com CODs na faixa de 1000 mg/l e acima, e BODs na faixa de 500 mg/l e acima podem ser tratadas. Além disso, utilizando a mesma fonte ou fontes de gás óxico para limpeza e oxigenação, pode reduzir a quantidade total do gás e do aparelho necessário para a operação do tratamento e das etapas de clarificação do método de acordo com a invenção.The use of toxic gas, preferably oxygen, to clean the membrane separator and oxygenate the water to be treated makes it possible to effectively treat the aqueous des carie liquid, which has a high BOD and / or COD. For example, waters contaminated with CODs in the range of 1000 mg / l and above, and BODs in the range of 500 mg / l and above can be treated. In addition, using the same source or sources of toxic gas for cleaning and oxygenation, you can reduce the total amount of gas and apparatus necessary for the operation of the treatment and the steps for clarifying the method according to the invention.

De preferência, a fração molar do oxigênio molecular no primeiro e/ou no segundo gás óxico é alterada de acordo com o pH e/ou com a concentração de oxigênio dissolvido do volume do líquido. A variação da fração molar pode simplesmente ser obtida pela substituição do ar pelo oxigênio, ou vice-versa, ou através da alteração das proporções da mistura de ar e oxigênio.Preferably, the molar fraction of molecular oxygen in the first and / or the second toxic gas is changed according to the pH and / or the concentration of dissolved oxygen in the volume of the liquid. The variation of the molar fraction can simply be obtained by replacing the air with oxygen, or vice versa, or by changing the proportions of the mixture of air and oxygen.

De preferência, no método de acordo com a invenção, bolhas do primeiro e do segundo gás óxico são formadas na corrente ou correntes de líquido aquoso pressurizado, com uma pressão e velocidade suficientes para obter energia suficiente para quando a dita corrente ou correntes entrar(em) no volume do líquido no recipiente, as bolhas do dito gás óxico se transformem em bolhas menores que se dissolvem ou são consumidas dentro do volume do líquido. Tal pressão alta, geralmente de 2 x 10⁵ Pa (2 bar) a 7 x 10⁵ Pa (7 bar), facilita a limpeza eficaz das membranas e a obtenção da eficiência da alta oxigenação. É vantajoso utilizar a corrente de reciclo pressurizada como a corrente pela qual o segundo gás óxico é introduzido, dessa forma removendo ou reduzindo a necessidade de uma corrente separada de água pressurizada a ser introduzida no volume de água no recipiente. A escolha da pressão do fluxo tratado do líquido é suficiente para facilitar o transporte do líquido transparente através da membrana, enquanto libera a corrente de reciclo com pressão suficiente para a liberação da energia para ocasionar a quebra das bolhas de gás óxico quando a corrente ou correntes pressurizadas contendo o gás óxico são introduzidas no volume do líquido no recipiente através de um ou mais bocais.Preferably, in the method according to the invention, bubbles of the first and the second toxic gas are formed in the stream or streams of pressurized aqueous liquid, with a pressure and velocity sufficient to obtain sufficient energy for when said stream or streams enter (in ) in the volume of the liquid in the container, the bubbles of said toxic gas become smaller bubbles that dissolve or are consumed within the volume of the liquid. Such high pressure, usually from 2 x 10 ⁵ Pa (2 bar) to 7 x 10 ⁵ Pa (7 bar), facilitates the effective cleaning of the membranes and obtaining the efficiency of high oxygenation. It is advantageous to use the pressurized recycle stream as the stream into which the second toxic gas is introduced, thereby removing or reducing the need for a separate stream of pressurized water to be introduced into the volume of water in the container. The choice of the pressure of the treated liquid flow is sufficient to facilitate the transport of the transparent liquid through the membrane, while releasing the recycle stream with sufficient pressure to release the energy to cause the breakdown of the toxic gas bubbles when the stream or streams pressurized gases containing the toxic gas are introduced into the volume of the liquid in the container through one or more nozzles.

De preferência, no método de acordo com a invenção, a introdução da corrente ou correntes de reciclo no volume do líquido no recipiente causa agitação suficiente para manter os sólidos de bactérias em suspensão e auxilia na distribuição do oxigênio através do volume do líquido no recipiente, o que é vantajoso na redução da necessidade de novos aparelhos, tais como agitadores mecânicos, para causar tal agitação.Preferably, in the method according to the invention, the introduction of the recycle stream or streams into the volume of the liquid in the container causes sufficient agitation to keep the bacterial solids in suspension and assists in the distribution of oxygen through the volume of the liquid in the container, which is advantageous in reducing the need for new devices, such as mechanical stirrers, to cause such agitation.

É de preferência que o fluxo do líquido tratado seja pressurizado através de uma bomba que seja capaz de pressurizar o líquido de forma a facilitar o transporte do líquido transparente através da membrana, enquanto libera a corrente ou correntes de reciclo pressurizadas com pressão suficiente para liberar a energia para a quebra das bolhas de gás.It is preferable that the flow of the treated liquid is pressurized through a pump that is able to pressurize the liquid in order to facilitate the transport of the transparent liquid through the membrane, while releasing the pressurized recycling stream or chains with sufficient pressure to release the energy to break the gas bubbles.

Para as bactérias se desenvolverem e reduzirem a demanda de oxigênio da água contaminada, é vantajoso controlar tanto o conteúdo de oxigênio dissolvido como o pH do volume do líquido no recipiente. Isso é obtido de preferência variando a taxa de fornecimen4 to do gás óxico para o fluxo tratado do líquido ou para a corrente ou correntes de reciclo pressurizadas, e/ou variando a fração molar do oxigênio no gás óxico.For bacteria to develop and reduce the oxygen demand of the contaminated water, it is advantageous to control both the dissolved oxygen content and the pH of the liquid volume in the container. This is preferably achieved by varying the rate of supply of the toxic gas to the treated liquid flow or to the pressurized recycling stream or streams, and / or by varying the molar fraction of oxygen in the toxic gas.

A taxa de fluxo do gás óxico para o separador de membrana pode variar de acordo com os parâmetros de operação da membrana de fluxo cruzado específica em uso. Logo, não será sempre possível fornecer gás óxico suficiente a montante do separador de membrana para garantir as demandas significativas do líquido no recipiente sem sacrificar a habilidade clarificadora do separador da membrana. Portanto, um segundo gás óxico é fornecido para a corrente de reciclo pressurizada, ou para uma corrente de água pressurizada separada.The flow rate of the toxic gas to the membrane separator may vary according to the operating parameters of the specific cross-flow membrane in use. Therefore, it will not always be possible to supply sufficient toxic gas upstream of the membrane separator to guarantee the significant demands of the liquid in the container without sacrificing the clarifying ability of the membrane separator. Therefore, a second toxic gas is supplied to the pressurized recycle stream, or to a separate pressurized water stream.

A taxa total de fornecimento do primeiro e do segundo gás óxico é alterada de preferência em relação à concentração percebida de oxigênio dissolvido instantaneamente do volume do líquido aquoso no recipiente. Além disso, os fluxos relativos do primeiro e do segundo fluxo de oxigênio do ar são alterados de preferência em relação à concentração significativa do oxigênio dissolvido instantaneamente. Por exemplo, mais oxigênio e menos ar podem ser fornecidos com uma baixa concentração de oxigênio dissolvido e menos oxigênio e mais ar podem ser fornecidos com uma maior concentração de oxigênio dissolvido. A taxa de fluxo do primeiro gás óxico e sua fração molar de oxigênio podem, entretanto, permanecerem constantes. Nesse caso, a taxa de fluxo de uma fração molar do oxigênio no segundo gás óxico é alterada.The total rate of delivery of the first and the second toxic gas is preferably changed in relation to the perceived concentration of oxygen instantly dissolved from the volume of the aqueous liquid in the container. In addition, the relative flows of the first and second oxygen flows in the air are preferably altered in relation to the significant concentration of the instantly dissolved oxygen. For example, more oxygen and less air can be supplied with a low concentration of dissolved oxygen and less oxygen and more air can be supplied with a higher concentration of dissolved oxygen. The flow rate of the first toxic gas and its molar fraction of oxygen may, however, remain constant. In this case, the flow rate of a molar fraction of oxygen in the second toxic gas is changed.

A taxa total de fornecimento do primeiro e do segundo gás óxico pode também ser alterada de acordo com o pH do volume do líquido aquoso no recipiente. O CO₂ formado pelo tratamento bacteriano dos constituintes de carbono na água contaminada se dissolve na água produzindo ácido carbônico, o que causa a redução do valor do pH da água. A maior parte dos sólidos de bactérias aeróbicas não tolera valores de pH menores do que 5,5. As taxas relativas do fluxo do primeiro fluxo de oxigênio e do segundo fluxo de ar podem variar com relação ao pH do dito volume de líquido aquoso no recipiente.The total delivery rate of the first and the second toxic gas can also be changed according to the pH of the volume of the aqueous liquid in the container. The CO ₂ formed by the bacterial treatment of carbon constituents in the contaminated water dissolves in the water producing carbonic acid, which causes a reduction in the pH value of the water. Most solids from aerobic bacteria do not tolerate pH values below 5.5. The relative flow rates of the first oxygen flow and the second air flow can vary with respect to the pH of said volume of aqueous liquid in the container.

De preferência, o volume do líquido no recipiente é mantido com o pH 7 ou menor, embora o valor do pH possa ser aumentado até 8 dependendo da composição do líquido aquoso, com maior preferência é mantido entre 6,0 e 7,0, particularmente entre 6,9 e 6,5. Tais valores de pH são altos o suficiente para permitir a dissolução do oxigênio no líquido, para proteger os sólidos de bactérias e remover e evitar constantemente a formação de uma camada fina na superfície da membrana que ocorre devido ao depósito de minerais na água contaminada, que não são removidos pela lavagem.Preferably, the volume of the liquid in the container is maintained at pH 7 or less, although the pH value can be increased to 8 depending on the composition of the aqueous liquid, most preferably it is kept between 6.0 and 7.0, particularly between 6.9 and 6.5. Such pH values are high enough to allow oxygen to dissolve in the liquid, to protect the solids from bacteria and to constantly remove and prevent the formation of a thin layer on the membrane surface that occurs due to the deposit of minerals in the contaminated water, which are not removed by washing.

Cada membrana apresenta, de preferência, uma abertura com uma face porosa interna e uma externa, existindo um gradiente de aumento do diâmetro do poro da sua face interna para a externa, em contato com o fluxo pressurizado do líquido tratado, para a face porosa externa, onde o líquido transparente é liberado das membranas. É de preferência que o tamanho do poro na face interna seja pequeno o suficiente para evitar que os sólidos de bactérias passem através da membrana. Um exemplo de tal sistema é o descrito na patente W001/00307A, que utiliza membranas tubulares de polietersulfona com um aumento no gradiente do diâmetro do poro da superfície da abertura interna do tubo para a parede externa. Entretanto, não é essencial que as membranas sejam tubulares.Each membrane preferably has an opening with an internal and an external porous face, with a gradient of increasing the pore diameter from its internal to the external face, in contact with the pressurized flow of the treated liquid, to the external porous face. , where the clear liquid is released from the membranes. It is preferably that the pore size on the inner face is small enough to prevent bacteria solids from passing through the membrane. An example of such a system is that described in patent W001 / 00307A, which uses tubular polyethersulfone membranes with an increase in the gradient of the pore diameter from the surface of the inner opening of the tube to the outer wall. However, it is not essential that the membranes are tubular.

O calor gerado no tratamento é geralmente perdido na atmosfera através da evaporação. O método e aparelho, de acordo com a presente invenção, são vantajosos para uma entrada conhecida de água contaminada a ser tratada. Um recipiente para tratamento de um volume relativamente pequeno contendo uma alta concentração de sólidos de bactérias pode ser utilizado, dessa forma reduzindo a perda de calor pela evaporação da superfície do líquido. É possível manter a carga do líquido no recipiente de tratamento em temperaturas entre 20°C e 80°C, isto é, acima da temperatura ambiente. A temperatura pode ser selecionada para que as bactérias mesofílicas aeróbicas sejam capazes de degradar os constituintes orgânicos e se reproduzir a uma taxa maior, ou para que mais bactérias termofílicas potentes possam ser utilizadas para o tratamento da água. Em temperaturas mais altas, por exemplo, 60°C e acima, pode ser possível destruir patógenos, tais como e-coli ou salmonella. O aquecimento ou resfriamento a partir de uma fonte externa pode ser produzido para controlar a temperatura do líquido aquoso no recipiente de tratamento.The heat generated in the treatment is generally lost in the atmosphere through evaporation. The method and apparatus according to the present invention are advantageous for a known source of contaminated water to be treated. A container for treating a relatively small volume containing a high concentration of bacterial solids can be used, thereby reducing heat loss through evaporation of the liquid's surface. It is possible to maintain the liquid charge in the treatment vessel at temperatures between 20 ° C and 80 ° C, that is, above room temperature. The temperature can be selected so that aerobic mesophilic bacteria are able to degrade organic constituents and reproduce at a higher rate, or so that more potent thermophilic bacteria can be used for water treatment. At higher temperatures, for example, 60 ° C and above, it may be possible to destroy pathogens, such as e-coli or salmonella. Heating or cooling from an external source can be produced to control the temperature of the aqueous liquid in the treatment vessel.

O método e aparelho, de acordo com a presente invenção, serão descritos através de exemplos, com referência aos desenhos em anexo, onde:The method and apparatus, according to the present invention, will be described by means of examples, with reference to the attached drawings, where:

A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático do aparelho para desenvolver o método de acordo com a invenção.Figure 1 is a schematic flow diagram of the apparatus for developing the method according to the invention.

A Figura 2 é um desenho esquemático, parcialmente em perspectiva, de uma seção do aparelho de aeração no recipiente de tratamento de acordo com a invenção.Figure 2 is a schematic drawing, partially in perspective, of a section of the aeration apparatus in the treatment container according to the invention.

A Figura 3 é uma visualização aumentada seccional de uma forma de preferência de um difusor de introdução de gás para uso nas modalidades da invenção.Figure 3 is an enlarged sectional view of a preferred form of a gas introduction diffuser for use in the embodiments of the invention.

Os desenhos não apresentam escala.The drawings have no scale.

Partes semelhantes nas diferentes figuras apresentam os mesmos números de referência. O uso do sufixo A significa um elemento particularmente adaptado para a introdução de oxigênio, e o uso do sufixo B significa um elemento particularmente adaptado para a introdução do ar.Similar parts in the different figures have the same reference numbers. The use of the suffix A means an element particularly adapted for the introduction of oxygen, and the use of the suffix B means an element particularly adapted for the introduction of air.

Com relação à figura 1, um fluxo do líquido aquoso que apresenta uma demanda variada de oxigênio é transportado continuamente para uma entrada 2 situada ao lado de um recipiente de tratamento aberto 4. O recipiente 4 pode apresentar qualquer capacidade desejada. Geralmente, suporta de 50 a 5000 m³ de líquido. Geralmente, a profundidade do líquido no recipiente 4 está na faixa de 3 a 15 metros. O líquido pode ser, por exemplo, água contaminada doméstica ou industrial apresentando uma BOD e/ou uma COD, com o valor da demanda de oxigênio relacionado à concentração e à natureza dos poluentes químicos ou orgânicos presentes. Por exemplo, água contaminada doméstica não tratada pode apresentar uma BOD de 400 mg/L e uma COD de 1000 mg/L. A água contaminada contém geralmente bactérias aeróbicas, onde na presença de oxigênio molecular dissolvido separa os poluentes e reduz a demanda de oxigênio da água. Se tais bactérias não estão presentes, podem ser semeadas na água contaminada.With reference to figure 1, a flow of the aqueous liquid that presents a varied demand of oxygen is transported continuously to an inlet 2 located next to an open treatment container 4. The container 4 can have any desired capacity. It generally supports 50 to 5000 m ³ of liquid. Generally, the depth of the liquid in container 4 is in the range of 3 to 15 meters. The liquid can be, for example, contaminated domestic or industrial water with a BOD and / or COD, with the value of oxygen demand related to the concentration and nature of the chemical or organic pollutants present. For example, untreated domestic contaminated water can have a BOD of 400 mg / L and a COD of 1000 mg / L. Contaminated water generally contains aerobic bacteria, where in the presence of dissolved molecular oxygen it separates the pollutants and reduces the oxygen demand of the water. If such bacteria are not present, they can be sown in the contaminated water.

A demanda de oxigênio da água contaminada é reduzida no recipiente por tratamento aeróbico com sólidos de bactérias aeróbicas na presença de oxigênio dissolvido, de acordo com a fórmula geral 1:The oxygen demand of the contaminated water is reduced in the container by aerobic treatment with solids of aerobic bacteria in the presence of dissolved oxygen, according to general formula 1:

Fórmula 1Formula 1

Material orgânico + O₂ + bactérias + nutrientes CO₂ + bactérias + outros produtos finaisOrganic material + O ₂ + bacteria + CO ₂ nutrients + bacteria + other final products

Assim como os produtos demonstrados na fórmula 1, a energia na forma de calor é liberada, o que aumenta a temperatura da água contaminada no recipiente 4. Os sólidos de bactérias utilizados para o tratamento podem compreender tanto bactérias mesofílicas como termofílicas. As populações e taxas de crescimento destas bactérias variam de acordo com a temperatura. Desta forma, a temperatura do líquido aquoso no recipiente de tratamento 4 pode ser controlada. Geralmente, o recipiente pode ser resfriado com esse objetivo. Se a temperatura da água contaminada no recipiente de tratamento está entre 20°C e 50°C, as bactérias mesofílicas predominam, sendo a temperatura de 20°C a 50°C a de preferência. Se a temperatura no recipiente de tratamento está entre 35°C e 75°C, as bactérias termofílicas predominam, sendo a temperatura entre 40°C a 60°C a de preferência. A água no recipiente 4 é agitada de forma a manter os sólidos de bactérias em suspensão. Para o crescimento bacteriano, uma concentração suficiente de oxigênio dissolvido é necessária. No tratamento convencional de água contaminada, a aeração é a única fonte de oxigênio dissolvido. A aeração, entretanto, apresenta limitações no processo de tratamento, tornando difícil controlar os efluentes com alta demanda de oxigênio.Like the products shown in formula 1, energy in the form of heat is released, which increases the temperature of the contaminated water in container 4. The bacterial solids used for the treatment can comprise both mesophilic and thermophilic bacteria. The populations and growth rates of these bacteria vary with temperature. In this way, the temperature of the aqueous liquid in the treatment container 4 can be controlled. Generally, the container can be cooled for this purpose. If the temperature of the contaminated water in the treatment container is between 20 ° C and 50 ° C, mesophilic bacteria predominate, with a temperature of 20 ° C to 50 ° C being preferred. If the temperature in the treatment vessel is between 35 ° C and 75 ° C, thermophilic bacteria predominate, with the temperature between 40 ° C to 60 ° C being preferred. The water in container 4 is agitated to keep the bacterial solids in suspension. For bacterial growth, a sufficient concentration of dissolved oxygen is required. In conventional treatment of contaminated water, aeration is the only source of dissolved oxygen. Aeration, however, has limitations in the treatment process, making it difficult to control effluents with high oxygen demand.

Um fluxo de água contaminada tratada, com demanda de oxigênio reduzida e contendo sólidos de bactérias aeróbicas, é continuamente retirado da saída 3, próxima a base do recipiente 4, e é pressurizado para entre 2 χ 10⁵ Pa (2 bar) a 7 χ 10⁵ Pa (7 bar) por uma bomba 8. O fluxo pressurizado é transportado através do conduto 6, geralmente formado de PVC ou HDPE (polietileno de alta densidade), por uma bomba 8 para uma unidade de separação de membrana clarificadora 10. A unidade de separação 10 contém de preferência um arranjo de membranas clarificadoras tubulares do tipo fluxo cruzado 11. As membranas são geralmente elaboradas com uma leve queda de pressão, na faixa de 5 χ 10⁴ Pa (0,5 bar) a 1 χ 10⁵ Pa (1 bar). Tal queda de pressão pode ser obtida através da formação das membranas tubulares de materiais, tais como polietersulfonas, com um aumento no gradiente de diâme7 tro do poro da superfície interna da abertura do tubo para a parede externa. O fluxo pressurizado, que atravessa a unidade de separação da membrana 10, passa pela abertura interna das membranas 11 e é separado em i) uma corrente de reciclo pressurizada, concentrada em sólidos de bactérias, que passa através da abertura interna das membranas 11 e é liberada da unidade de separação 10, através da saída 16, e ii) uma corrente de descarga de líquido transparente, que passa através da membrana e é liberada da unidade de separação 10 através das saída 14. As unidades de separação da membrana adequadas são amplamente disponíveis comercialmente.A stream of treated contaminated water, with reduced oxygen demand and containing aerobic bacteria solids, is continuously withdrawn from outlet 3, close to the base of container 4, and is pressurized to between 2 χ 10 ⁵ Pa (2 bar) at 7 χ 10 ⁵ Pa (7 bar) by a pump 8. The pressurized flow is transported through conduit 6, usually formed of PVC or HDPE (high density polyethylene), by a pump 8 to a clarifying membrane separation unit 10. A separation unit 10 preferably contains an arrangement of tubular clarifying membranes of the cross flow type 11. The membranes are generally made with a slight pressure drop, in the range of 5 χ 10 ⁴ Pa (0.5 bar) to 1 χ 10 ⁵ Pa (1 bar). Such a pressure drop can be achieved by forming the tubular membranes of materials, such as polyethersulfones, with an increase in the gradient of the pore diameter from the inner surface of the tube opening to the outer wall. The pressurized flow, which passes through the membrane separation unit 10, passes through the inner opening of the membranes 11 and is separated into i) a pressurized recycle stream, concentrated in bacteria solids, which passes through the inner opening of the membranes 11 and is released from the separation unit 10 via outlet 16, and ii) a stream of clear liquid discharge that passes through the membrane and is released from the separation unit 10 via outlets 14. Suitable membrane separation units are widely used commercially available.

A corrente transparente que é liberada da unidade de separação da membrana 10 na saída 14 pode exigir outro tratamento para remover patógenos não removidos, tais como vírus, e-coli e salmonella, por tratamento aeróbico ou etapas de separação.The clear stream that is released from the membrane separation unit 10 at outlet 14 may require another treatment to remove undisturbed pathogens, such as viruses, e-coli and salmonella, by aerobic treatment or separation steps.

A separação do fluxo pressurizado libera depósitos de sólidos de bactérias na superfície de abertura interna das membranas 11, que caso permaneçam não tratados, podem aumentar a queda de pressão das ditas membranas 11. Um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, é introduzido no fluxo pressurizado a montante da unidade do separador 10, nas entradas 12A ou 12B, respectivamente. Em um arranjo, o oxigênio é fornecido para a entrada 12A e o ar para entrada 12B. O primeiro gás óxico forma bolhas, algumas vezes denominadas como bolhas de “Taylor”, na entrada da abertura interna das membranas tubulares 11.0 oxigênio pode ser fornecido, por exemplo, a partir de uma instalação (não demonstrada) para separar o ar, através, por exemplo, da adsorção com oscilação de pressão ou a partir de um recipiente de armazenagem (não demonstrado) contendo gás óxico líquido e equipado com um evaporador por meio do qual o gás óxico pode ser fornecido para a entrada 12A no estado gasoso. O ar pode ser fornecido de um soprador de ar ou compressor (não demonstrado) para a entrada 12B. A medida que as bolhas de Taylor transitam pelas aberturas internas das membranas 11, elas causam turbulência por onde passam, lavando, isto é, limpando, as superfícies das membranas 11 rompendo os sólidos de bactérias acumulados na superfície da abertura interna. O primeiro gás óxico de limpeza passa através da abertura interna das membranas 11, e é, portanto, retirado da unidade de separação 10 através da saída 16 pela corrente de reciclo pressurizada.The separation of the pressurized flow releases deposits of bacteria solids on the inner opening surface of the membranes 11, which, if left untreated, can increase the pressure drop of said membranes 11. A first toxic gas, selected from oxygen and air and their mixtures , is introduced into the pressurized flow upstream of the separator unit 10, at the inlets 12A or 12B, respectively. In an arrangement, oxygen is supplied to inlet 12A and air to inlet 12B. The first toxic gas forms bubbles, sometimes referred to as “Taylor” bubbles, at the entrance to the inner opening of the tubular membranes 11.0 oxygen can be supplied, for example, from an installation (not shown) to separate the air, through, for example, adsorption with pressure fluctuation or from a storage vessel (not shown) containing liquid toxic gas and equipped with an evaporator through which the toxic gas can be supplied to the 12A inlet in the gaseous state. Air can be supplied from an air blower or compressor (not shown) to inlet 12B. As the Taylor bubbles pass through the inner openings of the membranes 11, they cause turbulence wherever they pass, washing, that is, cleaning, the surfaces of the membranes 11 breaking up the bacteria solids accumulated on the surface of the inner opening. The first toxic cleaning gas passes through the inner opening of the membranes 11, and is therefore removed from the separation unit 10 through the outlet 16 by the pressurized recycle stream.

A corrente de reciclo pressurizada contendo bolhas do gás de limpeza passa através do conduto 18. O conduto 18 é geralmente formado de tubo de PVC ou HDPE (polietileno de alta densidade) com um diâmetro interno de 200 mm (8 polegadas). O conduto 18 pode conter também uma configuração criadora de turbulência, tal como um orifício de restrição, para evitar ou limitar a aglutinação das bolhas de gás de limpeza em cavidades separadas de gás. É também vantajoso minimizar o comprimento do conduto 18 entre a saída 16 e o conduto 20 para evitar a aglutinação das bolhas. A bomba 8 pressuriza suficientemente o fluxo tratado, conduzido através do conduto 6, para que a corrente de reciclo seja liberada da unidade de separação da membrana 10 para passar através do conduto 18 com uma velocidade de no mínimo 4-6 m/s.The pressurized recycle stream containing bubbles of the cleaning gas passes through the conduit 18. The conduit 18 is generally formed of PVC or HDPE (high density polyethylene) pipe with an internal diameter of 200 mm (8 inches). The conduit 18 may also contain a turbulence-creating configuration, such as a restriction orifice, to prevent or limit the agglutination of the cleaning gas bubbles in separate gas cavities. It is also advantageous to minimize the length of the duct 18 between the outlet 16 and the duct 20 to avoid agglutination of the bubbles. The pump 8 sufficiently pressurizes the treated flow, conducted through the conduit 6, so that the recycling stream is released from the membrane separation unit 10 to pass through the conduit 18 with a speed of at least 4-6 m / s.

Com relação à figura 2, o conduto 20 pode assumir a forma de um condutor em anel fechado que, se desejado, pode ser imerso no volume do líquido no recipiente 4. A corrente pressurizada entra no conduto 20, formado de materiais e dimensões similares ao conduto 18, a uma velocidade que é suficiente para evitar o crescimento de sólidos de bactérias no conduto 20, por exemplo, na faixa de 0,6 m/s e 1,2 m/s. O conduto 20 é adaptado para alimentar a corrente pressurizada para uma pluralidade ou multiplicidade de condutos subsidiários espaçados 22A, 22B que dependem geralmente e verticalmente disso, com cada conduto sendo formado com um ângulo a montante 23 contíguo ao conduto 20. Cada conduto 22 é geralmente menor do que cinco metros (mas pode ser maior ou menor, dependendo da profundidade do recipiente 4) e apresenta um diâmetro entre 75 e 50 mm. Cada conduto subsidiário 22 pode apresentar um difusor de introdução do segundo gás óxico 24, demonstrado em detalhes na figura 3, colocado nesse ponto na região superior. Cada difusor 24 apresenta uma entrada 26 para a introdução de um segundo gás óxico, ar ou oxigênio. As entradas 26A são destinadas ao oxigênio, geralmente sendo conectadas ao mesmo tubo de oxigênio utilizado para fornecer o oxigênio para a entrada 12A, e as entradas 26B são destinadas ao ar, geralmente sendo conectadas ao mesmo tubo de ar utilizado para fornecer ar para a entrada 12B. De preferência, existe um arranjo de válvulas que permite o fornecimento de oxigênio ou ar ou ambos, a qualquer momento. Uma configuração adequada para o difusor 24 é demonstrada na figura 3.With reference to figure 2, the conduit 20 can take the form of a closed ring conductor which, if desired, can be immersed in the volume of the liquid in the container 4. The pressurized current enters the conduit 20, formed of materials and dimensions similar to the conduit 18, at a speed that is sufficient to prevent the growth of bacteria solids in conduit 20, for example, in the range of 0.6 m / s and 1.2 m / s. The conduit 20 is adapted to supply the pressurized stream to a plurality or multiplicity of spaced subsidiary conduits 22A, 22B which generally and vertically depend on it, with each conduit being formed with an upstream angle 23 contiguous to conduit 20. Each conduit 22 is generally less than five meters (but can be larger or smaller, depending on the depth of the container 4) and has a diameter between 75 and 50 mm. Each subsidiary conduit 22 may have a diffuser for introducing the second toxic gas 24, shown in detail in figure 3, placed at that point in the upper region. Each diffuser 24 has an inlet 26 for the introduction of a second toxic gas, air or oxygen. Intakes 26A are for oxygen, usually being connected to the same oxygen tube used to supply oxygen to inlet 12A, and inlets 26B are for air, usually being connected to the same air tube used to supply air to inlet 12B. Preferably, there is an arrangement of valves that allows the supply of oxygen or air or both, at any time. A suitable configuration for diffuser 24 is shown in figure 3.

Com referência à figura 3, o difusor 24 compreende um duto 120 formado geralmente por uma primeira seção convergente, tal como, por exemplo, um cone cortado 122, e uma segunda seção geralmente divergente 124 (o fluxo da corrente pressurizada através do difusor na figura 3 é da direita para a esquerda, conforme indicado pela seta).A primeira seção é fornecida com uma extremidade de saída mais estreita 126 do que a extremidade de entrada 128 da segunda seção 128, e as duas são sobrepostas para definir um espaço angular 130 entre elas. Uma câmara 131 formada por uma parte da parede (na forma de, por exemplo, um tubo circular direito 132 que se estende entre a primeira e a segunda seção 122, 124) e as seções 122,124 recebem o gás através da entrada 26 para direcioná-lo através do espaço angular para dissolução na corrente pressurizada que flui através do duto 120. A primeira e a segunda seção 122, 124 se movem de forma axial em relação ao tubo 132, através das roscas de parafuso 134, 136, de forma a variar o tamanho do espaço anular 130 e, portanto, a área seccional cruzada na qual o gás é capaz de fluir. A operação do difusor 24 é descrita na EP 673885 B1.With reference to figure 3, the diffuser 24 comprises a duct 120 generally formed by a first converging section, such as, for example, a cut cone 122, and a second generally divergent section 124 (the flow of the pressurized current through the diffuser in the figure 3 is from right to left, as indicated by the arrow). The first section is provided with a narrower outlet end 126 than the input end 128 of the second section 128, and the two overlap to define an angular space 130 between them. A chamber 131 formed by a part of the wall (in the form of, for example, a straight circular tube 132 that extends between the first and second sections 122, 124) and sections 122,124 receive gas through inlet 26 to direct it it through the angular space for dissolution in the pressurized current flowing through the duct 120. The first and second sections 122, 124 move axially in relation to the tube 132, through the screw threads 134, 136, in order to vary the size of the annular space 130 and, therefore, the cross sectional area in which the gas is able to flow. The operation of the diffuser 24 is described in EP 673885 B1.

Novamente, com relação à figura 2, cada conduto 22 apresenta um tubo em forma de T a jusante em sua extremidade inferior onde existem um ou mais bocais de saída 28 para passagem da mistura líquido-gás no volume do líquido no recipiente 4. Cada bocal 28A, 28B apresenta um diâmetro de saída geralmente na faixa de 10 a 45 milímetros, isto é, muito menor do que o do conduto associado 22, por meio do qual a mistura líquido-gás sai do bocal com alta velocidade criando turbulência, ajudando também a quebrar ou partir bolhas de gás óxico na mistura em bolhas menores que são prontamente consumidas ou dissolvidas no corpo principal do líquido, proporcionando uma mistura homogênea, e oferecendo agitação para o corpo principal do líquido. Geralmente, bocais suficientes 28 são fornecidos para um nível adequado de agitação a ser mantido dentro do recipiente principal sem a necessidade de recorrer a agitadores mecânicos adicionais. Os bocais 28 geralmente direcionam o líquido radialmente para dentro. Essa configuração permite que as bolhas de gás óxico permaneçam por mais tempo no líquido dentro do recipiente 4 e ajuda a regular a quantidade de oxigênio perdido para a atmosfera.Again, with respect to figure 2, each conduit 22 has a T-shaped tube downstream at its lower end where there are one or more outlet nozzles 28 for passage of the liquid-gas mixture in the liquid volume in the container 4. Each nozzle 28A, 28B has an outlet diameter generally in the range of 10 to 45 millimeters, that is, much smaller than that of the associated duct 22, through which the liquid-gas mixture leaves the nozzle at high speed creating turbulence, also helping breaking or breaking bubbles of toxic gas in the mixture into smaller bubbles that are readily consumed or dissolved in the main body of the liquid, providing a homogeneous mixture, and offering agitation to the main body of the liquid. Generally, sufficient nozzles 28 are provided for an adequate level of agitation to be maintained within the main container without the need for additional mechanical stirrers. Nozzles 28 generally direct the liquid radially inward. This configuration allows the bubbles of toxic gas to remain in the liquid longer in the container 4 and helps to regulate the amount of oxygen lost to the atmosphere.

O aparelho, apresentado na figura 1, pode, por exemplo, ser utilizado para tratar e clarear 1000 m³ ou seus múltiplos de água contaminada por dia, com uma concentração de sólidos de bactérias aeróbicas de até 40 kg/m³, geralmente dissolve até 5000 kg (5 toneladas) ou seus múltiplos por dia de água contaminada com uma BOD de até 25000 mg/L, e uma COD de até 50000 mg/L, utilizando uma bomba 8 capaz de transportar entre 1000 2000 m³/dia de água em torno do aparelho com uma pressão de aproximadamente 2 x 10⁵Pa (2 bar) a 7 x 10⁵ Pa (7 bar).The apparatus, shown in figure 1, can, for example, be used to treat and clear 1000 m ³ or its multiples of contaminated water per day, with a concentration of aerobic bacteria solids of up to 40 kg / m ³ , generally dissolves up to 5000 kg (5 tons) or its multiples per day of water contaminated with a BOD of up to 25000 mg / L, and a COD of up to 50000 mg / L, using a pump 8 capable of transporting between 1000 2000 m ³ / day of water around the appliance with a pressure of approximately 2 x 10 ⁵ Pa (2 bar) to 7 x 10 ⁵ Pa (7 bar).

Uma pluralidade de dispositivos de monitoramento (DO) de oxigênio dissolvido 34 e dispositivos de monitoramento de pH 32 são fornecidos dentro do volume do líquido no recipiente 4 (dispositivos únicos indicados na figura 1, mas dispositivos múltiplos podem ser utilizados). Ambos os dispositivos 32 e 34 são conectados a um dispositivo de controle 36, que pode ser, por exemplo, um microprocessador ou dispositivo de controle lógico programável. O dispositivo 36 é também conectado às entradas do gás 12A e 12B a montante do separador de membrana 10 e das entradas de gás adicionais 26A e 26B. Pode também ser adequado para os dispositivos 32 e 34 permanecerem no conduto 6.A plurality of dissolved oxygen monitoring devices (DO) 34 and pH monitoring devices 32 are provided within the volume of the liquid in container 4 (single devices shown in figure 1, but multiple devices can be used). Both devices 32 and 34 are connected to a control device 36, which can be, for example, a microprocessor or programmable logic control device. The device 36 is also connected to the gas inlets 12A and 12B upstream of the membrane separator 10 and the additional gas inlets 26A and 26B. It may also be suitable for devices 32 and 34 to remain in conduit 6.

A medida que a força do líquido aquoso no recipiente 4 aumenta, os níveis da DO percebidos pelo dispositivo 34 serão reduzidos a medida que as bactérias aeróbicas consomem oxigênio na degradação dos constituintes orgânicos, de acordo com a fórmula 1 acima. Para as bactérias se desenvolverem, a demanda de oxigênio deve ser consumada. Em um ponto de configuração pré-determinado de DO ou demanda de oxigênio, o dispositivo de controle 36 aciona a entrada do gás 12A para aumentar a taxa de fluxo do primeiro gás óxico, geralmente o oxigênio, fornecido a montante do separador de membrana 10. Se a demanda de oxigênio percebida for alta o suficiente, a taxa de fluxo de gás óxico fornecida pela entrada 12A pode atingir um limite no qual o separador 10 seja capaz de lidar, antes que sua habilidade para separar o fluxo pressurizado seja comprometida. Neste caso, o dis positivo de controle 36 aciona a entrada do gás 26A para fornecer gás óxico adicional para a corrente pressurizada no conduto 22A, para reabastecer o oxigênio necessário pelas bactérias aeróbicas no recipiente 4.As the strength of the aqueous liquid in container 4 increases, the OD levels perceived by device 34 will be reduced as aerobic bacteria consume oxygen in the degradation of organic constituents, according to formula 1 above. For bacteria to develop, the oxygen demand must be consumed. At a predetermined OD or oxygen demand set point, the control device 36 triggers the entry of gas 12A to increase the flow rate of the first toxic gas, usually oxygen, supplied upstream of the membrane separator 10. If the perceived oxygen demand is high enough, the flow rate of toxic gas provided by inlet 12A may reach a limit that separator 10 is capable of handling, before its ability to separate the pressurized flow is compromised. In this case, the control device 36 activates the gas inlet 26A to supply additional toxic gas to the pressurized stream in the conduit 22A, to replenish the oxygen required by the aerobic bacteria in the container 4.

Ao contrário, quando a água contaminada foi tratada, ou apresenta baixa força, os níveis da DO aumentarão e, portanto, a demanda instantânea percebida no recipiente cairá. Neste caso, o dispositivo de controle 36 irá reduzir a taxa de fluxo do oxigênio das entradas 12A e 26A ou acionar as válvulas 12B e 26B para diluir, ou substituir o oxigênio por ar para reduzir os custos de processamento da fábrica.Conversely, when contaminated water has been treated, or has low strength, DO levels will increase and, therefore, the instant demand perceived in the container will fall. In this case, the control device 36 will reduce the oxygen flow rate of the inlets 12A and 26A or activate the valves 12B and 26B to dilute, or replace the oxygen with air to reduce the plant's processing costs.

É também de preferência submergir o sensor de temperatura 38 no volume do líquido no recipiente 4, ou conduto 6, que combinado com o dispositivo de controle 36 permite a variação na solubilidade do oxigênio de acordo com a temperatura e, portanto, altera a taxa de fluxo e/ou proporção do ar e oxigênio fornecida para a corrente ou correntes pressurizadas desta forma. O sensor de temperatura 38 pode também ser utilizado para controlar a obtenção do resfriamento (ou aquecimento) no recipiente 4 para manter a temperatura com um valor mais próximo ou dentro de uma faixa mais próxima.It is also preferable to submerge the temperature sensor 38 in the volume of the liquid in the container 4, or conduit 6, which combined with the control device 36 allows the variation in the oxygen solubility according to the temperature and, therefore, alters the rate of flow and / or proportion of air and oxygen supplied to the current or currents pressurized in this way. Temperature sensor 38 can also be used to control the achievement of cooling (or heating) in container 4 to maintain the temperature at a closer value or within a closer range.

O CO₂ formado na degradação dos constituintes orgânicos, de acordo com a fórmula 1, se dissolve na água para formar ácido carbônico, podendo afetar adversamente as bactérias aeróbicas. O dispositivo 32 é empregado juntamente com o dispositivo 36 para monitorar e gerenciar o pH, e também os níveis de CO₂ livre/ácido carbônico, na água. Em uso, quando o dispositivo 32 percebe um pH menor do que 6,5, a água deve ser desgaseificada, logo, o dispositivo de controle 36 aciona as entradas de gás 12B ou 26B para introduzir o ar no fluxo pressurizado do líquido tratado e/ou corrente pressurizada, respectivamente. A adição do ar causa a desgaseificação ou separação do volume do líquido no recipiente 4. Quando o pH aumenta para em torno de 6,9, o dispositivo 36 aciona as entradas de gás 12B ou 26B para reduzir a taxa de fluxo do ar. É de preferência manter o pH entre 6,5 e 6,9 porque esse valor é alto o suficiente para proteger os sólidos de bactérias e permitir a dissolução do oxigênio, enquanto fornece um fluxo de ácido suavemente pressurizado do líquido tratado no recipiente 4 para evitar e remover a camada fina formada na superfície dos tubos da membrana 11.The CO ₂ formed in the degradation of organic constituents, according to formula 1, dissolves in water to form carbonic acid, which can adversely affect aerobic bacteria. Device 32 is used together with device 36 to monitor and manage the pH, as well as the levels of free CO ₂ / carbonic acid, in the water. In use, when the device 32 perceives a pH below 6.5, the water must be degassed, so the control device 36 activates the gas inlets 12B or 26B to introduce the air into the pressurized flow of the treated liquid and / or pressurized current, respectively. The addition of air causes degassing or separation of the liquid volume in container 4. When the pH rises to around 6.9, device 36 triggers the 12B or 26B gas inlets to reduce the air flow rate. It is preferable to keep the pH between 6.5 and 6.9 because this value is high enough to protect the solids from bacteria and allow oxygen to dissolve, while providing a gently pressurized acid flow from the treated liquid in container 4 to avoid and removing the thin layer formed on the surface of the membrane tubes 11.

Existe um número de estratégias de controle alternativas para as descritas anteriormente. A estratégia de controle escolhida pode depender da “força” da água a ser tratada. Geralmente, não será possível tratar adequadamente efluentes fortes com a única fonte de gás óxico, que é fornecida a montante do separador de membrana 10. Ao contrário, será desejável fornecer um segundo gás óxico para a corrente pressurizada no conduto 22 em parte ou em todo o tratamento. Deve-se também ter em mente que uma das vantagens da clarificação da membrana em relação à clarificação por assentamento natural pela gravidade é que a primeira permite a utilização de altas concentrações dos sólidos de bactérias suspensos no recipiente de tratamento 4. Como conseqüência, o tratamento no recipiente 4 pode ser intensificado em relação a um tratamento convencional, com um aumento concomitante na demanda de oxigênio pela água contaminada que está sendo tratada e uma taxa maior de formação de dióxido e carbono. O método e aparelho de acordo com a invenção podem fornecer o oxigênio necessário não somente através do primeiro gás óxico, mas também através do segundo gás óxico. Além disso, o segundo gás óxico pode ser selecionado de acordo com o pH instantâneo percebido e com a concentração de oxigênio dissolvido da água contaminada no recipiente 4. Se o valor do pH é aceitável, ou seja, superior a 6,5, o oxigênio pode se fornecido para os condutos 22A e, conseqüentemente, dissolvido na água contaminada. Utilizando o oxigênio no lugar do ar, taxas maiores dos níveis de transferência e/ou de oxigênio dissolvido podem ser obtidas. Uma vez que o nível de oxigênio dissolvido for aumentado para um mínimo escolhido, o fornecimento de oxigênio para o conduto 22A pode ser interrompido ou reduzido e ao contrário, o ar ser fornecido para os condutos 22B. Se o valor do pH cair para abaixo de um mínimo escolhido, ou seja, 6,5, então a taxa de fornecimento de ar para a água contaminada no recipiente 4 é aumentada. Logo, aumentando a taxa de fornecimento de ar aumenta a taxa na qual o dióxido de carbono é retirado da solução, e portanto, o valor do pH é aumentado novamente. Caso uma condição de baixo pH seja percebida quando o oxigênio está sendo fornecido como o segundo gás óxico, o fornecimento do oxigênio é interrompido, e é iniciado o fornecimento de ar em sua maior taxa. Desta forma, alternando entre oxigênio e ar como o segundo gás óxico e variando sua taxa de fornecimento, concentrações adequadas de oxigênio dissolvido e níveis de pH podem ser mantidos na água contaminada a ser tratada. Se tal estratégia de controle é adotada, é conveniente fornecer o primeiro gás óxico com uma taxa constante e uma composição constante.There are a number of alternative control strategies to those described above. The control strategy chosen may depend on the “strength” of the water to be treated. Generally, it will not be possible to adequately treat strong effluents with the only source of toxic gas, which is supplied upstream of the membrane separator 10. On the contrary, it will be desirable to supply a second toxic gas to the pressurized stream in the conduit 22 in part or in whole the treatment. It should also be borne in mind that one of the advantages of membrane clarification in relation to clarification by natural settlement by gravity is that the first allows the use of high concentrations of bacteria solids suspended in the treatment container 4. As a consequence, the treatment in container 4 it can be intensified in relation to conventional treatment, with a concomitant increase in the oxygen demand for the contaminated water being treated and a higher rate of formation of dioxide and carbon. The method and apparatus according to the invention can supply the necessary oxygen not only through the first toxic gas, but also through the second toxic gas. In addition, the second toxic gas can be selected according to the perceived instantaneous pH and the dissolved oxygen concentration of the contaminated water in container 4. If the pH value is acceptable, that is, greater than 6.5, the oxygen it can be supplied to the 22A ducts and, consequently, dissolved in the contaminated water. Using oxygen instead of air, higher rates of transfer and / or dissolved oxygen levels can be obtained. Once the dissolved oxygen level is increased to a chosen minimum, the oxygen supply to the 22A conduit may be interrupted or reduced and, conversely, air will be supplied to the 22B conduits. If the pH value falls below a chosen minimum, ie 6.5, then the rate of air supply to the contaminated water in container 4 is increased. Therefore, increasing the rate of air supply increases the rate at which carbon dioxide is removed from the solution, and therefore, the pH value is increased again. If a low pH condition is perceived when oxygen is being supplied as the second toxic gas, the oxygen supply is interrupted, and air supply is started at its highest rate. In this way, alternating between oxygen and air as the second toxic gas and varying its rate of supply, adequate concentrations of dissolved oxygen and pH levels can be maintained in the contaminated water to be treated. If such a control strategy is adopted, it is convenient to supply the first toxic gas with a constant rate and a constant composition.

Se desejado, mais sistemas de controle sofisticados podem ser empregados. Por exemplo, as concentrações escolhidas de oxigênio dissolvido máximas e mínimas podem ser alteradas de acordo com a temperatura percebida da água a ser tratada. Em outro exemplo, a taxa de fornecimento do gás óxico pode ser adicionalmente alterada em resposta à taxa de alteração das concentrações de oxigênio dissolvido.If desired, more sophisticated control systems can be employed. For example, the chosen maximum and minimum dissolved oxygen concentrations can be changed according to the perceived temperature of the water to be treated. In another example, the rate of supply of the toxic gas can be further changed in response to the rate of change in dissolved oxygen concentrations.

Embora seja vantajoso utilizar a corrente de reciclo pressurizada como a corrente na qual o segundo gás óxico é introduzido, dessa forma eliminando a necessidade de outra corrente de água pressurizada ser introduzida no volume de água no recipiente, em certas situações, por exemplo, durante a manutenção do separador de membrana 10, outra corrente pressurizada pode ser transportada ao longo do conduto 52, do fluxo pressurizado do líquido tratado no conduto 6, para o conduto 20.Although it is advantageous to use the pressurized recycle stream as the stream into which the second toxic gas is introduced, thereby eliminating the need for another stream of pressurized water to be introduced into the volume of water in the container, in certain situations, for example, during maintaining the membrane separator 10, another pressurized stream can be carried along the conduit 52, from the pressurized flow of the treated liquid in the conduit 6, to the conduit 20.

Deve ser compreendido que o reciclo dos sólidos de bactérias para o recipiente 4, que é um aspecto inerente ao método e aparelho, de acordo com a invenção, tende a acu12 mular esses sólidos. Como resultado, os sólidos de bactérias são descartados de preferência do recipiente 4 através de uma saída 50, de tempo em tempo, e o sedimento resultante é descartado por incineração ou submetido à digestão ou a outro processo de tratamento bem conhecido na área.It should be understood that the recycling of the bacteria solids to the container 4, which is an aspect inherent in the method and apparatus, according to the invention, tends to accumulate these solids. As a result, the bacteria solids are preferably disposed of from container 4 via an outlet 50, from time to time, and the resulting pellet is discarded by incineration or subjected to digestion or another treatment process well known in the art.

Claims

1. Method for the treatment of aqueous liquid with an oxygen demand, CHARACTERIZED by understanding:

receiving a flow of liquid in a container;

reduction of oxygen demand for a volume of liquid in the container through treatment with suspended aerobic bacteria solids, in the presence of dissolved oxygen;

transporting a flow of pressurized treated liquid from the container to a clarifying membrane separator, the pressurized flow containing suspended aerobic bacteria solids, and the membrane separator containing a membrane arrangement capable of clarifying the pressurized flow;

separation of said pressurized flow through the membrane separator in

i) a pressurized recycling stream concentrated on the aerobic bacteria solids and ii) a transparent liquid outlet stream;

washing the membranes with a first toxic gas, selected from oxygen and air and their mixtures, with the first toxic gas being transported out of the membrane separator in the pressurized recycling stream;

return of the pressurized recycle stream to below the surface of the liquid volume in the container, the recycle stream thus offering at least some oxygen which is then dissolved;

introduction of a second toxic gas selected from oxygen and air and their mixtures in the pressurized recycle stream and / or another pressurized stream of aqueous liquid flowing to said volume, and control of the total rate of introduction of the first and second toxic gas with respect to the pH and concentration of dissolved oxygen in said volume of aqueous liquid or related parameters.

2. Method, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the molar fraction of molecular oxygen in the first and / or in the second toxic gas varies with respect to the pH and / or the concentration of dissolved oxygen in said volume of liquid.

3. Method, according to claim 1 or 2, CHARACTERIZED by the fact that the bubbles of the first and the second toxic gas are formed in the stream or streams of pressurized aqueous liquid; this or these currents being subjected to sufficient pressure and sufficient speed, so that when said current or currents enter the volume of the liquid in the container, the bubbles of said toxic gas break into smaller bubbles.

4. Method according to any of the preceding claims,

CHARACTERIZED by the fact that the introduction of the current or pressurized currents in the liquid volume causes enough agitation to keep the solids in suspension.

5. Method, according to any of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the flow of the treated liquid, stream or streams are pressurized through a pump.

6. Method according to any of the preceding claims,

CHARACTERIZED by the fact that the first toxic gas is supplied at a constant rate.

7. Method according to any of the preceding claims,

CHARACTERIZED by the fact that the second toxic gas comprises at least a first flow of oxygen and at least a second flow of air.

8. Method, according to claim 7, CHARACTERIZED by the fact that the relative flow rates of the first oxygen flow and the second air flow vary in relation to the dissolved oxygen concentration, perceived instantly.

9. Method, according to claim 7 or 8, CHARACTERIZED in that the relative flow rates of the first oxygen flow and the second air flow vary in relation to the pH of said volume of aqueous liquid.

10. Method, according to any of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the volume of the liquid in the container maintains a pH value equal to less than 7.

11. Method, according to claim 10, CHARACTERIZED by the fact that the volume of the liquid in the container maintains a pH value between 6.9 and 6.5.

12. Method according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the membrane separator includes cross-flow membranes with tubular pores.

13. Method, according to claim 12, CHARACTERIZED by the fact that each membrane has an opening with an internal porous face and an external porous face, presenting a gradient of increase in the pore diameter from the internal opening of the porous face to the external porous face.

14. Method, according to any of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the aerobic bacteria solids are mesophilic.

15. Method according to any one of claims 1 to 13, CHARACTERIZED in that the aerobic bacteria solids are thermophilic.

16. Apparatus for the treatment of aqueous liquid that presents an oxygen demand, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a treatment container to receive the flow of the aqueous liquid, with an oxygen demand; a device for dissolving oxygen in said liquid, in the presence of aerobic bacteria to reduce the oxygen demand for a volume of said liquid; a device for transporting the pressurized flow of the treated liquid, containing solids of aerobic bacteria, from the container along a conduit to a membrane separator capable of clarifying said treated liquid in a pressurized recycling stream, concentrated in solids of aerobic bacteria, and a clear liquid outlet; a device for introducing a first toxic gas 5, selected from oxygen and air and mixtures thereof, to said membrane separator for cleaning said membrane separator; a conduit for carrying said pressurized recycle stream and said first toxic gas back, below the surface of the volume of the aqueous liquid which presents oxygen demand in the container; a device for introducing a second toxic gas, selected from oxygen and air and their mixtures, 10 into the conduit for transporting said pressurized recycle stream and said first toxic gas back, below the surface of the aqueous liquid volume that there is demand for oxygen in the container and / or in the conduit for the transportation of another pressurized stream of aqueous liquid flowing to said volume of aqueous liquid which presents demand for oxygen in the container; and, a device for controlling the total rate of introduction of the first and the second toxic gas in relation to the pH and the dissolved oxygen concentration of said volume of aqueous liquid or related parameters.