BRPI0715029B1 - Método de condicionamento de um lodo ativado em um mbr, e usos do método - Google Patents

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Yoon Seong-Hoon
H. Collins John
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Nalco Company
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Abstract

método de condicionamento de uma lama ativada em um mbr, método para incrementar o fluxo através de uma membrana em um reator biológico da membrana, método para reduzir a formação de espuma da lama ativada em um mbr e método para reduzir a sujeira em um mbr. os polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 podem ser adicionados à lama ativada em um mbr para o tratamento de água residual industrial por razões que incluem: o condicionamneto da lama ativada; a incrementação do fluxo através de uma membrana no mbr; a redução da sujeira da membrana no mbr; e a redução da formação de espuma da lama ativada no mbr.

Description

(54) Título: MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UM LODO ATIVADO EM UM MBR, E USOS DO MÉTODO (51) Int.CI.: C02F 1/28 (30) Prioridade Unionista: 13/09/2006 US 11/520,543 (73) Titular(es): NALCO COMPANY (72) Inventor(es): SEONG-HOON YOON; JOHN H. COLLINS (85) Data do Início da Fase Nacional: 12/03/2009
1/11
MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UM LODO ATIVADO EM UM MBR, E USOS DO MÉTODO
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se ao aumento do desempenho de um biorreator de membrana (MBR) utilizado para o tratamento de água residual industrial através da adição de um ou mais polímeros catiônicos de elevado peso molecular ao lodo ativado no MBR.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Nos processos de MBR, a sujeira da membrana tem sido sempre um problema significativo que limita o desempenho hidráulico do processo. Devido à sujeira na membrana, o rendimento do MBR normalmente diminui e mais membrana é normalmente requerida para compensar a perda do rendimento.
[003] Recentemente, resultados de pesquisas (Nagaoka et AL., 1996, 1998; Lee et al., 2002) mostraram que uma das causas principais da sujeira da membrana é o biopolímero, que inclui polissacarídeos e proteínas secretados pela biomassa desenvolvida no lodo ativado do MBR.
[004] Consequentemente, foram desenvolvidos métodos de utilização de polímeros catiônicos que não reagem com as membranas negativamente carregadas em contato com o lodo ativado (Collins e Salmen, 2004; Collins et al., 2005). Neste método, vários polímeros são adicionados diretamente ao lodo ativado do MBR e reagem com os biopolímeros. As partículas resultantes, que consistem em biopolímeros e polímeros catiônicos sintéticos, não sujam a superfície da membrana.
[005] Embora estes métodos tenham sido
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2/11 implementados com sucesso na maioria dos MBRs, foi observado que algumas lamas, especialmente as lamas industriais, nem sempre ficaram bem coaguladas quando polímeros catiônicos solúveis em água de baixo peso molecular foram utilizados. Portanto, há uma necessidade quanto a uma maneira mais eficaz de coagular lamas industriais.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO [006] A presente invenção apresenta um método para condicionar um lodo ativado em um MBR que trata água residual industrial, o qual compreende: a adição de uma quantidade eficaz de um ou mais polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 daltons a um lodo ativado do MBR.
[007] A presente invenção também apresenta um método para incrementar o fluxo através de uma membrana no MBR que trata água residual industrial, o qual compreende: a adição de uma quantidade eficaz de um ou mais polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 daltons a um lodo ativado do MBR.
[008] A presente invenção também apresenta um método para reduzir a formação de espuma no MBR, o qual compreende: a adição de uma quantidade eficaz de um ou mais polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 daltons a um lodo ativado do MBR.
[009] A presente invenção também apresenta um método para reduzir a sujeira em uma membrana do dito MBR, o qual compreende: a adição de uma quantidade eficaz de um ou mais polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 daltons a um lodo ativado do dito MBR.
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BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0010] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um biorreator de membrana que contém uma membrana submersa.
[0011] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de um biorreator de membrana que contém uma membrana externa.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0012] Definições dos Termos:
[0013] MBR significa biorreator de membrana.
[0014] Licor misto ou lodo ativado significa uma mistura de água residual, microorganismo utilizados para degradar materiais orgânicos em água residual, material contendo componentes orgânicos derivado de espécies celulares, produtos secundários celulares e/ou produtos residuais, ou resíduos celulares. O licor misto também pode conter material coloidal e em partículas (ou seja, biomassa/biosólidos) e/ou moléculas ou biopolímeros solúveis (ou seja, polissacarídeos, proteínas, etc.).
[0015] Sólidos suspensos em licor misto (MLSS) significam a concentração de biomassa que está tratando o material orgânico, no licor misto.
[0016] DQO significa a demanda química de oxigênio.
significa e a coagulação [0017] Condicionamento precipitação do biopolímero solúvel floculação do material orgânico em partículas e coloidal no licor misto para formar agregados maiores de partículas, resultando em um aumento no fluxo através da membrana de filtração do biorreator de membrana e uma redução da sujeira da membrana.
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4/11 [0018] Água residual industrial significa uma ou mais das seguintes categorias: água residual que ocorre em unidades de manufatura tais como de alimentos, produtos químicos, produtos farmacêuticos, polpa/papel, refinaria, maquinaria, eletrônica, etc., independentemente de sua DQO; a DQO total médio incluindo o efeito de sólidos suspensos é mais elevada do que 500 mg/l; o TKN (Nitrogênio de Kjeldahl Total) incluindo o nitrogênio da amônia e o nitrogênio orgânico) é menor do que 5% da DQO total na água residual bruta; o teor de TP (fósforo total) é menor do que 1% da DQO; material lixiviado de aterros; teor de água residual municipal menor do que 50%; a relação de DQO/DBO5 é de mais de 1,5; e a condutividade é de mais de 1.000 pS/cm.
[0019] Tal como aqui empregado, as seguintes abreviaturas e termos têm os seguintes significados: DADMAC significa cloreto de dialil dimetil amônio; DMAEM/MCQ significa sal quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetil amino etila; DMAEA/BCQ significa sal quaternário de cloreto de benzila de acrilato de dimetil amino etila; DMAEM/MCQ significa sal quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetil amino etila; e DMAEM/BCQ significa sal quaternário de cloreto de benzila de acrilato de dimetil amino etila.
[0020] Polímero catiônico significa um polímero que tem uma carga positiva total. Os polímeros catiônicos da presente invenção incluem os polímeros compostos inteiramente de monômeros catiônicos e os polímeros compostos de monômeros catiônicos e não-iônicos e os polímeros compostos de monômeros catiônicos e aniônicos. Os polímeros catiônicos também incluem polímeros de condensação
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5/11 de epicloridrina e uma dialquil monoamina ou poliamina e polímeros de condensação de dicloreto de etileno e amônia ou formaldeído e um sal de amina. Os polímeros catiônicos da presente invenção incluem polímeros de solução, polímeros de emulsão, polímeros de dispersão e polímeros estruturalmente modificados tal como descritos no documento PCT US01/10867.
[0021] Monômero catiônico significa um monômero que possui uma carga positiva líquida. Os monômeros catiônicos representativos incluem acrilatos e metacrilatos de dialquil amino alquila e seus sais quaternários ou de ácido incluindo, mas sem ficar a eles limitados, sal quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de sulfato de metila de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de
acrilato de dimetil amino etila, sal de ácido sulfúrico de
acrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de
acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto
de metila de metacrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de sulfato de metila de metacrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido sulfúrico de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de metacrilato de dimetil amino etila, dialquil amino alquilactilamidas ou metacrilamidas e seus sais quaternários ou de ácido tais como cloreto de acrilamido propil trimetil amônio, sal quaternário de sulfato de metil dimetil amino propil acrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil amino propil acrilamida, sal de ácido clorídrico de dimetil amino propil acrilamida, cloreto de metacrilamido propil trimetil amônio, sal quaternário de sulfato de metila de dimetil amino
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6/11 propil metacrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil amino propil metacrilamida, sal de ácido clorídrico de dimetil amino propil metacrilamida, acrilato de dietil amino etila, metacrilato de dietil amino etila, cloreto de dialil dietil amônio e cloreto de dialil dimetil amônio. Os grupos alquila são geralmente alquila C.sub.1-4.
[0022] Monômero não-iônico significa um monômero que é eletricamente neutro. Os monômeros não-iônicos representativos incluem acrilamida, metacrilamida, Nmetilacrilamida, N,N-dimetil(met)acrilamida, N,Ndietil(met)acrilamida, N-isopropil(met)acrilamida, N-t- butil (met)acrilamida, N-(2)-hidroxipropilmetacrilamida, Nmetilolacrilamida, N-vinil formamida, N-vinil acetamida, Nvinil-N-metilacetamida, (met)acrilato de poli(etileno glicol), mono(met)acrilato de éter monometílico de poli(etileno glicol), N-vinil-2-pirrolidona, mono(met)acrilato) de glicerol, (met)acrilato de 2-hidróxi etila, (met)acrilato de 2-hidróxi propila, vinil metilsulfona, acetato de vinila, (met)acrilato de glicidila, e outros ainda.
[0023] Monômero aniônico significa um monômero tal como aqui definido que possui uma carga negativa acima de uma determinada faixa de pH. Os monômeros aniônicos representativos incluem o ácido acrílico, e seus sais, incluindo, mas sem ficar a eles limitados, o acrilato de sódio e o acrilato de amônio, o ácido metacrílico, e seus sais, incluindo, mas sem ficar a eles limitado, o metacrilato de sódio e o metacrilato de amônio, o ácido 2-acrilamido-2metil propano sulfônico (AMPS), o sal de sódio de AMPS, sulfonato de vinila sódico, sulfonato de estireno, o ácido
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7/11 maléico, e são sais, incluindo, mas sem ficar a eles limitados, o sal de sódio e o sal de amônio, sulfonato, itaconato, acrilato ou metacrilato de sulfopropila, ou outras formas solúveis em água destes ou outros ácidos carboxílicos ou sulfônicos polimerizáveis. Acrilamida sulfometilada, sulfonato de alila, sulfonato de vinila sódico, ácido itacônico, ácido acrilamido metil butanóico, ácido fumárico, ácido vinil fosfônico, ácido vinil sulfônico, ácido alil fosfônico, acrilamida sulfometilada,acrilamida fosfonometilada, e outros ainda.
[0024] [0025] catiônicos que
Realização Preferidas:
Conforme indicado acima, os polímeros têm um peso molecular de mais de aproximadamente 200.000 podem ser adicionados ao lodo ativado em um MBR para o tratamento de água residual industrial por razões que incluem: o condicionamento do lodo ativado; a incrementação do fluxo através de uma membrana no MBR; a redução da sujeira da membrana no MBR; e a redução da formação de espuma do lodo ativado no MBR.
[0026] Várias quantidades e tipos de polímeros catiônicos podem ser adicionados ao lodo ativado. Em uma realização, uma quantidade eficaz de polímeros catiônicos é de aproximadamente 3 a aproximadamente 500 mg/l como ingredientes ativos.
[0027] Em uma outra realização, os polímeros catiônicos contêm monômeros selecionados do grupo que consiste em: sal quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de sulfato de metila de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de acrilato de dimetil amino etila, sal de
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8/11 ácido sulfúrico de acrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de metila de metacrilato de dimetil amino etil, sal quaternário de sulfato de metila de metacrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido sulfúrico de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de metacrilato de dimetil amino etila, dialquil aminoalquilactilamidas ou metacrilamidas e seus sais quaternários ou de ácido, tais como cloreto de acrilamido propil trimetil amônio, sal quaternário de sulfato de metil dimetil aminopropil acrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil aminopropil acrilamida, dimetil aminopropil acrilamida, propil trimetil amônio, dimetil amino propila, sal quaternário de sulfato de metil metacrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil aminopropil metacrilamida, sal de ácido clorídrico de dimetilaminopropil metacrilamida, acrilato de dietil aminoetila, metacrilato de dietil aminoetila, cloreto de dialil dietil amônio, e cloreto de dialil dimetil amônio.
[0028] Em uma outra realização, os polímeros catiônicos são selecionados do grupo que consiste em: DMAEA/MCQ; DMAEA/MCQ; DMAEM/MCQ; DMAEM/CQ; e polímeros sal de ácido clorídrico cloreto de metacrilamida utilizando reações de Mannich.
[0029] Os polímeros catiônicos utilizados para tratar água residual industrial podem ter várias cargas catiônicas. Em uma realização, os polímeros catiônicos têm uma carga catiônica líquida que varia de aproximadamente 5% a aproximadamente 100% com base no número dos monômeros nos ditos polímeros catiônicos.
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9/11 [0030] O MBR também pode ser tratado mediante a adição de uma quantidade eficaz de um ou mais íons divalentes, um ou mais íons trivalentes, ou uma combinação destes, ao lodo ativado no MBR. Os íons podem ser adicionados ao lodo em várias forma químicas. Tipicamente, estes íons são adicionados a um lodo ativado que tem um pH de aproximadamente 6 a aproximadamente 8. Se o pH variar desta faixa, material cáustico e/ou cal podem ser utilizados para ajustar o pH de volta nesta faixa.
[0031] Em uma realização, o íon divalente é selecionado do grupo que consiste em: Ca e Mg. Em uma realização adicional, o íon de Ca é adicionado como um composto selecionado do grupo que consiste em: CaCl2; Ca(OH)2; Ca(C2H3O2)2; CaO; e os seus hidratos.
[0032] Em uma outra realização, o íon de Mg é adicionado como um composto selecionado do grupo que consiste em: MgCl2; Mg(OH)2; Mg(C2H3O2)2; MgSO4; MgO; e os seus hidratos.
[0033] Em ainda uma realização adicional, a quantidade eficaz de íon divalente varia de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 mg/l.
[0034] Em uma outra realização, o íon trivalente é selecionado do grupo que consiste em: Al e Fe. Em uma realização adicional, a quantidade eficaz de íon trivalente varia de aproximadamente 50 a aproximadamente 1.000 mg/l.
[0035] Os polímeros catiônicos, os íons divalentes, e os íons trivalentes podem ser adicionados ao lodo ativado através de várias rotas.
[0036] Em uma realização, os polímeros catiônicos são adicionados ao lodo ativado mediante a adição
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10/11 dos ditos polímeros catiônicos a uma corrente de influente que entra no dito MBR.
[0037] Em uma outra realização, os polímeros catiônicos são adicionados ao lodo ativado mediante a adição dos ditos polímeros catiônico a um tanque anóxico do dito MBR.
[0038] Em ainda uma outra realização, os polímeros catiônicos são adicionados ao lodo ativado mediante a adição dos ditos polímeros catiônicos a um tanque de aeração do dito MBR ou a um tanque da membrana do dito MBR. Um tanque da membrana significa um tanque que tem uma membrana submersa e tem um gaseificador. Um tanque de aeração tem um gaseificador, mas não tem uma membrana dentro do tanque. O MBR do tanque de aeração tem uma membrana externa.
[0039] Os íons divalentes, os íons trivalentes, ou uma combinação destes, podem ser adicionados nas mesmas posições tanto sequencialmente quanto em combinação com os polímeros catiônicos.
[0040] Com respeito ao mecanismo por meio do qual estes polímeros e íons são adicionados ao MBR, há muitas técnicas disponíveis aos elementos versados na técnica. Por exemplo, os polímeros catiônicos ficam em cilindros, os quais são então despejados no MBR.
[0041] As metodologias da presente invenção podem ser aplicadas para MBRs que têm membranas externas ou submersas.
[0042] Um MBR pode ser configurado de várias maneiras. Conforme mostrado na Figura 1, um MBR pode ser equipado com uma membrana submersa. Há uma corrente influente (1), a qual incorpora o MBR que contém um tanque anóxico (3)
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11/11 e um tanque de aeração/tanque de membrana (4) que tem uma membrana submersa (5). O tanque de aeração/tanque de membrana tem o gaseificador (não mostrado). O material filtrado da membrana ou efluente (7) sai da membrana (5). O lodo ativado, que permanece no tanque de aeração/de membrana (4), pode ser retornado para processamento adicional (6). Um ou mais polímeros catiônicos e/ou íons divalentes/trivalentes (2) podem ser adicionados à corrente influente (1), ao tanque anóxico (3), e ao tanque de aeração/de membrana (4).
[0043] Conforme mostrado na Figura 2, um MBR pode ser equipado com uma membrana externa (5). Há uma corrente influente (1), a qual incorpora o MBR que contém um tanque anóxico (3) e o tanque de anaeração (4). O tanque de aeração tem o gaseificador (não mostrado). Uma bomba de circulação de lama (8) é utilizada para extrair o lodo ativado na membrana externa (5). O material filtrado da membrana ou efluente (7) sai da membrana (5). O lodo ativado, que permanece no tanque da membrana (4), pode ser retornado para processamento adicional (6). Um ou mais polímero catiônicos e/ou íons divalentes/trivalentes (2) podem ser adicionado à corrente influente (1), ao tanque anóxico (3), e ao tanque de aeração (4).
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1/4

Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UM LODO ATIVADO EM UM MBR, que trata água residual industrial, caracterizado por compreender:
    a. a adição ao dito lodo ativado de um ou mais polímeros catiônicos que têm um peso molecular de mais de 200.000 daltons;
    b. a adição de um ou mais íons divalentes, um ou mais íons trivalentes, ou uma combinação dos mesmos ao lodo ativado, em que dito íon divalente é selecionado a partir do grupo que consiste em: Ca e Mg, e em que dito íon trivalente é Al.
  2. 2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros serem adicionados ao dito lodo ativado mediante a adição dos ditos polímeros catiônicos a uma corrente influente que entra no dito MBR.
  3. 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros serem adicionados ao dito lodo ativado mediante a adição dos ditos polímeros catiônicos a um tanque anóxico do dito MBR.
  4. 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros serem adicionados ao dito lodo ativado pela adição dos ditos polímeros catiônicos a um tanque de aeração do dito MBR dito ou a um tanque de membrana do dito MBR.
  5. 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros catiônicos conterem monômeros selecionados do grupo que consiste em: sal quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetil amino
    Petição 870180016805, de 01/03/2018, pág. 5/10
    2/4 etila, sal quaternário de sulfato de metila de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de
    acrilato de dimetil amino etila, sal de ácido sulfúrico de acrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de acrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto
    de metila de metacrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de sulfato de metila de metacrilato de dimetil amino etila, sal quaternário de cloreto de benzila de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido sulfúrico de metacrilato de dimetil amino etila, sal de ácido clorídrico de metacrilato de dimetil amino etila, dialquil aminoalquilactilamidas ou metacrilamidas e os seus sais quaternários ou de ácido, tais como cloreto de acrilamido propil trimetil amônio, sal quaternário de sulfato de metil dimetil aminopropil acrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil aminopropil acrilamida, sal de ácido clorídrico de dimetil aminopropil acrilamida, cloreto de propil trimetil amônio, dimetil amino propil metacrilamida, sal quaternário de sulfato de metil metacrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetil aminopropil metacrilamida, ácido clorídrico de dimetil aminopropil metacrilamida, acrilato de dietil aminoetila, metacrilato de dietil aminoetila, cloreto de dialil dietil amônio, e cloreto de dialil dimetil amônio.
  6. 6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros catiônicos serem selecionados do grupo que consiste em: DMAEA/MCQ; DMAEA/BCQ; DMAEMIMCQ; e DMAEMBCQ; e polímeros utilizando reações de Mannich.
  7. 7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos polímeros catiônicos estarem em uma
    Petição 870180016805, de 01/03/2018, pág. 6/10
    3/4 quantidade de 3 a 500 mg/l como ingredientes ativos.
  8. 8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo dito íon de Mg ser adicionado ao dito MBR na forma selecionada a partir do grupo que consiste em: MgCl2, Mg(OH)2, Mg(C2H3O2)2, MgSO4, MgO e seus hidratos.
  9. 9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo dito íon de Ca ser adicionado ao dito MBR na forma selecionada a partir do grupo que consiste em: CaCl2, Ca(OH)2, Ca(C2H3O2)2, CaO, e os seus hidratos.
  10. 10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos polímeros catiônicos terem uma carga catiônica líquida que varia de 5% a 100% com base no número dos monômeros nos ditos polímeros catiônicos.
  11. 11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela dita quantidade de íons divalentes variar de 10 a 500 mg/l.
  12. 12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela dita quantidade de íons trivalentes variar de 50 a 1.000 mg/l.
  13. 13. USO DO MÉTODO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por incrementar o fluxo através de uma membrana em um MBR, que trata água residual industrial.
  14. 14. USO DO MÉTODO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por reduzir a formação de espuma do lodo ativado em um MBR, que trata água residual industrial.
  15. 15. USO DO MÉTODO, conforme definido na
    Petição 870180016805, de 01/03/2018, pág. 7/10
    4/4 reivindicação 1, caracterizado por reduzir a sujeira em mbr, que trata água residual industrial.
    um
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