BRPI1010598B1

BRPI1010598B1 - elemento transportador, sistema de tratamento biológico de água e seu uso, e método para tratar biologicamente águas residuais

Info

Publication number: BRPI1010598B1
Application number: BRPI1010598-0A
Authority: BR
Inventors: Siivonen Mikko; Pajuniemi Petri
Original assignee: Flootech Oy; Ovivo Finland Oy; Ovivo Luxembourg Sarl
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2019-11-05
Also published as: SG175983A1; CA2761754A1; ES2632357T3; PL2429955T3; EP2251308A1; US20120055870A1; CA2761754C; EP2429955A1; MX2011012144A; WO2010130881A1; AU2010247320A1; CN102482126A; US8821729B2; CN102482126B; BRPI1010598A2; AU2010247320B2; EP2429955B1

Abstract

elemento transportador, sistema de tratamento biológico de água e seu uso, e método para tratar biologicamente águas residuais a presente invenção refere-se a um elemento transportador para um sistema de tratamento biológico aeróbico de água. o elemento transportador tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade a uma distância uma da outra, o diâmetro máximo da primeira extremidade sendo maior que o diâmetro máximo da segunda extremidade. ele também tem uma estrutura de superfície de crescimento de biofilme que se estende da primeira extremidade para a segunda extremidade e da parte interna do elemento para a periferia do elemento e pelo menos duas estruturas de suporte que circundam as estruturas de superfície de crescimento na periferia do elemento e conectam as estruturas de superfície de crescimento uma na outra. as estruturas de suporte definem a superfície de limite externo do elemento transportador, onde as estruturas de suporte são espaçadas uma da outra de modo que as aberturas que permitem o acesso às estruturas de superfície de crescimento de biofilme são formadas entre as estruturas de suporte. a invenção também se refere a um sistema de tratamento de água empregando os elementos transportadores.

Description

A presente invenção refere-se a um elemento transportador e a um sistema de tratamento biológico de água de acordo com os preâmbulos das reivindicações anexas. A invenção se refere também ao uso do elemento transportador ou o sistema de tratamento biológico de água e a um método para tratar biologicamente águas residuais.

CAMPO TÉCNICO

Em tratamento biológico de água, a água é passada através de um reator, onde microorganismos são usados para converter impurezas em produtos finais inofensivos. No reator os microorganismos podem ser cultivados suspensos ou como um biofilme em superfícies fixas ou em elementos transportadores, que formam um leito flutuante dentro do corpo do reator. Quando os elementos transportadores são usados para o cultivo de biofilme, o tamanho da área de superfície do elemento transportador é de extrema importância. Aumentando a superfície do elemento transportador é possível aumentar a área de superfície fornecida para crescimento de biofilme. No entanto, isto frequentemente aumenta a complexidade estrutural do elemento transportador.

O processo de tratamento de água pode ser conduzido aerobicamente, o que significa que oxigênio ou ar é suprido no reator. Uma grande quantidade de oxigênio é consumida no processo devido à oxidação bioquímica de compostos orgânicos e inorgânicos. Ao mesmo tempo, a massa do biofilme aumenta nas superfícies transportadoras devido ao crescimento e aglutinação de sólidos. No entanto, impurezas de águas residuais, oxigênio e microorganismos devem ser capazes de manter um contato suficiente um com o outro a fim de garantir os resultados de purificação.

Algumas vezes tem sido presumido que em um processo que emprega transportadores movendo livremente em um reator, a abrasão mecânica e altas taxas de fluxo poderíam desgastar o crescimento do biofilme

2/17 nas superfícies transportadoras, o que podería reduzir a eficiência do processo, Este pressuposto levou a uma tentativa de reduzir a taxa de fluxo através o transportador aumentando a complexidade estrutural e o tamanho do transportador.

Um problema conhecido nos processos existentes é o entupimento do transportador causado por excesso de crescimento de lodo e precipitação, especialmente quando os elementos transportadores com estrutura complexa são usados. Se o biofilme na superfície transportadora cresce muito, e o transportador está entupido, os resultados de purificação do processo são deteriorados. Os microorganismos não entram em contato com as impurezas da água e/ou oxigênio. O problema pode ser solucionado aumentando a mistura através de suprimento de ar para o reator, o que aumenta ao consumo de energia do processo.

Um esforço para solucionar o problema de entupimento foi feito aumentando o tamanho do elemento transportador. O Documento EP750 591 descreve o suo de elementos transportadores que têm a superfície parcialmente protegida contra colisão com as superfícies de outros elementos transportadores em um processo de purificação biológica de água ou águas residuais. Os elementos transportadores têm um comprimento, largura e altura excedendo 1,5 cm, de preferência no intervalo variando de 2,5 a 10 cm, particularmente no intervalo variando de 3 a 6 cm.

O Documento EP 575 314 descreve um método para purificação de água em que as águas residuais são permitidas fluir através de um reator contendo transportadores nos quais biofilme é cultivado. Os transportadores estão na forma de peças de um tubo com dimensões lineares na faixa de 0,2 - 3 cm, particularmente 0,5 - 1,5 cm e fabricados de plástico macio por método de extrusão. O objetivo foi maximizar a área de superfície do transportador para crescimento de biofilme.

O Documento DE 102 31 217 A1 descreve um elemento tubular fabricado por extrusão e destinado a ser usado como um elemento de acondicionamento em leitos acondicionados estacionários. O elemento tem um diâmetro unitário através de seu comprimento de corpo, mas suas extremi3/17 dades podem ser retas ou cônicas.

OBJETIVOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objetivo desta invenção é minimizar ou mesmo eliminar as desvantagens existentes na técnica anterior.

Um objetivo é também fornecer um elemento transportador que minimiza o risco de entupimento de elemento transportador.

Um objetivo desta invenção é fornecer um elemento transportador e método que permite um contato efetivo entre o biofilme e as impurezas e oxigênio na água.

Um objetivo adicional da invenção é fornecer um elemento transportador e um sistema de tratamento biológico de água com o qual o consumo de energia do processo de tratamento pode ser diminuído.

Estes objetivos são alcançados com a presente invenção tendo as características apresentadas abaixo nas partes caracterizantes das reivindicações independentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O elemento transportador típico de acordo com a presente invenção para um sistema de tratamento biológico aeróbico de água tem:

- uma primeira extremidade e uma segunda extremidade a uma distância uma da outra, o diâmetro máximo da primeira extremidade sendo maior que o diâmetro máximo da segunda extremidade,

- estrutura de superfície de crescimento de biofilme que se estendem da primeira extremidade para a segunda extremidade e da parte interna do elemento para a periferia do elemento e,

- pelo menos duas estruturas de suporte que circundam as estruturas de superfície de crescimento na periferia do elemento e conectam as estruturas de superfície de crescimento uma na outra, as estruturas de suporte definindo a superfície de limite externo do elemento transportador, onde as estruturas de suporte são espaçadas uma da outra de modo que as aberturas que permitem o acesso às estruturas de superfície de crescimento de biofilme são formadas na periferia do elemento entre as estruturas de suporte.

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O sistema de tratamento biológico de água típico de acordo com a presente invenção compreende um reator de tratamento, que tem um volume de reator definido pela(s) parede(s) e fundo de reator, cujo volume de reator compreende elementos transportadores se movendo livremente de acordo com a invenção.

O método típico para tratar biologicamente águas residuais de acordo com a presente invenção compreende:

-levar água a ser tratada ou purificada a um reator de tratamento compreendendo elementos transportadores que estão e movendo livremente, suspenso na água, no reator de tratamento e em que um biofilme é cultivado,

- alimentar ar ou oxigênio no reator de tratamento, e

- levar a água tratada ou purificada para longe do reator de tratamento,

- usar elementos transportadores de acordo com a invenção no reator de tratamento.

Agora foi surpreendentemente verificado que pelo desenho apropriado do elemento transportador, é possível obter um elemento transportador que fornece uma alta área de superfície e, ao mesmo tempo, uma estrutura aberta que permite que os microorganismos do biofilme entrem em contato com as impurezas em água e oxigênio. A estrutura aberta do elemento transportador de acordo com o a presente invenção assegura uma fluxo efetivo através e lavagem do elemento transportador, onde o crescimento de biofilme excessivo nas paredes internas e o entupimento do elemento transportador são impedidos ou pelo menos minimizados. O elemento transportador tem também uma estrutura de suporte que protege as paredes internas do elemento e o torna mecanicamente forte. Todas estas propriedades tornam o elemento transportador mais eficaz e mais economia de energia onde o consumo de energia do processo de tratamento pode ser reduzido, tanto reduzindo o tamanho do reator quanto usando menos aeração adicionada para mistura e para suprimento de oxigênio.

O elemento transportador de acordo com a presente invenção

5/17 compreende estruturas de superfície de crescimento de biofilme que são também, nesta aplicação, chamadas de paredes internas. Estes dois termos são, neste contexto, completamente intercambiáveis. As paredes internas são estruturas planas longas que funcionam como superfícies nas quais o biofilme cresce. As paredes internas formam uma estrutura do tipo cruz ou um tipo estrela e se estendem para a superfície periférica do elemento transportador. De preferência todas as paredes do elemento transportador se estendem de um ponto de partida no centro do elemento para a periferia do elemento, e estão tipicamente em contato um com o outro no ponto de partida. Em outras palavras, o eixo longitudinal central do elemento transportador pode ser fechado para o fluxo de água e o elemento transportador pode compreender um eixo longitudinal sólido no qual as paredes internas são fixadas. As paredes internas fornecem resistência mecânica adicionada à estrutura de elemento transportador, especialmente quando o tamanho total do elemento é pequeno. Tipicamente, um elemento transportador de acordo com a invenção tem 4 a 8 paredes internas, mais preferivelmente 6 a 8 paredes internas. As paredes internas são de preferência dispostas em disposição do tipo estrela simétrica, de modo que as paredes individuais são espaçadas de modo equidistante uma da outra. A espessura de parede é tipicamente 0,2 - 1,0 mm, mais tipicamente 0,4 - 0,8 mm.

De acordo com uma modalidade da invenção, todas as outras das paredes internas podem ser formatadas como um triângulo, de preferência como um triângulo retângulo. Quando a parede interna tem formato triangular, a base do triângulo está situada na segunda extremidade do elemento transportador, onde está disposta em conexão com as outras paredes internas. O vértice da parede triangular está disposto em conexão com uma estrutura de suporte na primeira extremidade do elemento transportador.

As estruturas de suporte de reforço do elemento transportador são dispostas para circundar as paredes internas na periferia do elemento, assim aumentando ainda a resistência mecânica do elemento transportador. Tipicamente as estruturas de suporte são estruturas do tipo correia estreita que circunda as paredes internas na periferia do elemento. As estruturas de

6/17 suporte definem a superfície limite externa do elemento transportador. Isto significa que as estruturas de suporte definem a superfície limite externa parcialmente virtual do elemento transportador. Normalmente, existe mais que uma estrutura de suporte, tipicamente duas estruturas de suportem mais tipicamente três estruturas de suporte. No caso de três estruturas de suporte, a primeira estrutura de suporte está tipicamente disposta perto da primeira extremidade do elemento transportador, a segunda está disposta perto da segunda extremidade do elemento transportador e a terceira na seção média entre as primeira e segunda extremidades. A estrutura de suporte de reforço é normalmente uma estrutura do tipo anel contínuo tendo uma certa altura na direção de comprimento do elemento transportador. É também possível que uma estrutura de suporte individual seja feita de vários elementos do tipo corda fina, que são torcidas juntas e dispostas à curta distância uma da outra. No caso em que a estrutura de suporte é feita de vários elementos o tipo corda fina, a distância entre as estruturas de suporte adjacentes é claramente maior que a distancia entre elementos do tipo corda fina adjacentes da estrutura de suporte única individual.

A estrutura de suporte também conecta as paredes internas uma na outra na periferia do elemento transportador. Assim, aberturas laterais ou aberturas são formadas na superfície periférica do elemento transportador. As aberturas permitem a entrada eficiente de água e ar na parte interna do elemento transportador. O fluxo eficiente e lavagem do elemento transportador não é importante somente em vista da transferência de massa de oxigênio, substratos e metabolismo para dentro e para fora da parte interna do elemento transportador, mas o fluxo também expõe o biofilme nas superfícies das paredes internas para abrasão o que diminui o crescimento excessivo do biofilme e minimiza o risco para o entupimento do elemento. Por exemplo, o elemento transportador pode ter 16 aberturas laterais na periferia do elemento que fornecem uma abertura total alta para o elemento.

As superfícies de crescimento e estruturas de suporte do elemento transportador definem também espaços vazios dentro do elemento transportador. O elemento transportador da presente invenção é desenhado

7/17 de modo que a abertura do elemento transportador é maximizada, pela qual uma transferência de massa efetiva é mantida mesmo em situações quando o elemento transportador compreende uma alta quantidade de biofilme em superfícies de crescimento e outros sólidos dentro de sua estrutura. De a5 cordo com uma modalidade da invenção, as aberturas na superfície limite externa na periferia do corpo de elemento transportador contra a área de seção transversal de uma superfície limite de elemento sólido similar estão acima de 42%, de preferência sobre 45%, mais preferivelmente acima de 48%, ainda mais preferivelmente acima de 50%. A área de superfície alta e a 10 abertura do elemento transportador também permitem a atividade de biofilme muito eficiente e assim alta eficiência de tratamento. A estrutura aberta do transportador torna possível também aumentar a concentração de sólidos suspensos no fluxo de águas residuais que entram e dentro do reator comparado com os processos de tratamento usando elementos transportadores 15 da técnica anterior.

De acordo com uma modalidade da invenção, o elemento transportador é cônico em formato e/ou as seções transversais das primeira e segunda extremidades são circulares. O formato cônico do elemento transportador aperfeiçoa o movimento e a rotação do elemento no reator durante 20 a misturação. De acordo com uma modalidade preferida, o diâmetro de um transportador aumenta da segunda extremidade para a primeira extremidade do transportador. Isto significa que o diâmetro da primeira extremidade é pelo menos 15%, tipicamente 20 - 55%, mais tipicamente 25 - 40%, mais tipicamente 30 - 35% maior que o diâmetro da segunda extremidade. Foi 25 notado que a eficiência de energia do processo pode ser aperfeiçoada mesmo por 30% comparada com sistemas convencionais quando são usados os elementos transportadores cônicos pequenos de acordo com a presente invenção.

De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira extre30 midade do elemento transportador tem um diâmetro na faixa de 11,0 - 13,6 mm, de preferência 11,7 -13, 1 mm, mais preferivelmente 12,3-12,7 mm.

De acordo com uma modalidade da invenção, a segunda extre

8/17 midade do elemento transportador tem um diâmetro na faixa de 8,5 — 11,3 mm, de preferência 9,1 - 10,8 mm, e particularmente mais preferivelmente 9,4 -10,5 mm.

De acordo com uma modalidade da invenção, a relação do diâmetro da primeira extremidade e o diâmetro da segunda extremidade do elemento transportador está acima de 1,2, de preferência acima de 1,25, mais preferivelmente acima de 1,29.

De acordo com uma modalidade da invenção, o comprimento do elemento transportador, medido perpendicularmente da primeira extremidade para a segunda extremidade, é 11,0 - 14,9 mm, de preferência 11,6 — 13,8 mm, de preferência 12,2 - 12,7 mm.

O tamanho e desenho dão elemento transportador permitem que os elementos transportadores se movam efetivamente em no volume todo do reator quando a misturação é obtida usando o sistema de aeração do reator. Isto assegura uma misturação apropriada dos elementos transportadores com a água a ser tratada e um contato contínuo com ar, água e substratos. Assim, o volume inteiro do reator é misturado de modo eficiente e consequentemente não existe espaço “morto” ou “não utilizado” dentro do reator. Isto significa que a fim de obter os mesmos resultados de tratamento que com sistemas de reator convencionais é possível reduzir o tamanho do reator e/ou o grau de enchimento de transportador. O reator menor precisa de menos aeração e menos misturação, onde o consumo de energia total do processo de tratamento é diminuído. Por outro lado usando os elementos transportadores de acordo com a presente invenção e um reator de tamanho convencional, é possível aumentar a capacidade de tratamento do processo.

Ao mesmo tempo, o tamanho e desenho do elemento transportador fornecem uma grande superfície transportadora para crescimento de biofilme e ótimas condições de fluxo e dentro e em torno do elemento transportador. A construção de transportador impede efetivamente o entupimento do interior do transportador, fornece um fluxo adequado de oxigênio e impurezas no biofilme, mas ao mesmo tempo protege o biofilme de abrasão e lavagem.

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A densidade do elemento transportador está normalmente perto da densidade da água em temperatura de processo. Isto garante que os elementos transportadores sejam mantidos suspensos por todo o volume do reator, e não são acumulados no topo ou fundo do reator. Tipicamente, a densidade do elemento transportador é 0,92 - 0,99 kg/dm³, de preferência 0,93 = 0,98 kg/dm³, mais preferivelmente 0,94 - 0,97 kg/dm³.

De acordo com uma modalidade da invenção, o elemento transportador é feito de material plástico duro, tal como polietileno, polipropileno ou sua mistura, por moldagem por injeção. O elemento transportador é de preferência feito de polietileno, mais preferivelmente polietileno reciclado. Quando elementos transportadores pequenos são feitos por moldagem por injeção a partir de plástico duro, a estrutura de elemento resultante é estável e mecanicamente durável mesmo se o a circunferência e periferia do elemento transportador são mantidas abertas. Boa resistência mecânica do elemento aumenta a vida útil total do elemento transportador, reduzindo assim custos que estão associados com a renovação de elementos transportadores devido a desgaste mecânico e ruptura. O elemento transportador pode ser feito de material plástico reciclado ou virgem.

De acordo com uma modalidade da invenção, o sistema de tratamento biológico de água compreende dois ou mais reatores de tratamento dispostos em paralelo ou em série.

Em outras palavras, é possível operar o processo de tratamento de água utilizando os elementos transportadores de acordo com a presente invenção em um ou vários estágios, cujos estágios podem ser operados em série ou em paralelo. A fim de manter os elementos transportadores de acordo com a presente invenção dentro do reator, são colocadas as telas na saída e entrada do reator. Assim o fluxo de saída dos elementos transportadores do reator é impedido.

De acordo com uma modalidade da invenção, o grau de enchimento dos elementos transportadores no reator está entre 14-28 % de volume, de preferência 16 - 26% de volume, mais preferivelmente 18-25% de volume, ainda mais preferivelmente 20 — 25% de volume do volume de rea

10/17 tor total. O grau de enchimento é menor que nos processos da técnica anterior usando elementos transportadores convencionais. Os elementos transportadores de acordo com a invenção têm alta área de superfície e transferência de massa muito eficiente para e do biofilme onde a eficiência do reatamento é obtida com um número menor de elementos transportadores. O grau de enchimento baixo dos elementos transportadores no reator aperfeiçoa em geral o processo e a eficiência de misturação dos elementos transportadores, que diminui a necessidade de energia de mistura e a tendência de entupimento da tela de saída.

De acordo com uma modalidade da invenção a água tratada ou purificada é levada a um clarificador, e o lodo é reciclado do clarificador de volta para o reator de tratamento. Assim o sistema de tratamento biológico de água compreende um clarificador disposto depois do reator de tratamento e conexões para reciclar o lodo do clarificador de volta ao reator de tratamento. Assim uma parte do lodo pode ser reciclada de volta do clarificador para o reator de tratamento compreendendo elementos transportadores de acordo com a presente invenção. A estrutura aberta e mecanicamente forte do elemento transportador tolera também retornar do lodo reciclado sem entupimento. Adição de lodo ao reator de tratamento dorna também possível aumentar ainda a eficiência do processo aumentando a biomassa dentro do reator ou reduzir o grau de enchimento do reator como uma parte do biofilme pode ser substituída por lodo reciclado.

É possível dispor na parte superior do reator de tratamento uma conexão de saída, que é conectada ao clarificador. De acordo com uma modalidade da invenção, a água tratada ou purificada é levada para longe da parte superior do reator de tratamento.

De acordo com uma modalidade, o volume do fluxo de lodo retornado e/ou reciclado é normalmente 2 -15% de volume, de preferência 3 12% de volume, mais preferivelmente 5 - 10% de volume do fluxo que entra de água a ser tratada ou purificada. O clarificador pode ser qualquer tipo de assentador de gravidade, flutuação de ar dissolvido (DAF), ou pode ser um clarificador lamelar. Em geral o retorno do lodo para o reator suporta o cres

11/17 cimento de microorganismos. Anteriormente, é assumido que isto levaria ao crescimento excessivo de biofilme e entupimento dos elementos transportadores. A abertura do elemento transportador de acordo com a presente invenção permite o retorno de lodo ao reator sem o risco de entupimento. Com o lodo de retorno uma concentração maior de biomassa e diversidade maior de microorganismos é obtida dentro do reator que emprega elementos transportadores de acordo com a presente invenção. O uso de lodo de retorno também encurta significantemente o tempo de partida do processo de tratamento biológico de água.

O sistema de tratamento biológico de água de acordo com a presente invenção pode cuidar do tratamento biológico todo do processo de purificação. É também possível dispor um processo de lodo ativado entre o reator de tratamento e o clarificador. Neste caso, a mistura de água/lodo é levada do reator de tratamento compreendendo os elementos transportadores param processo de lodo ativado, a partir do qual o excesso de fluxo que compreende principalmente de fase de água é levado ao clarificador seguinte. O sistema de tratamento biológico de água pode também ser colocado depois de um estágio de tratamento anaeróbico.

O reator de tratamento de água compreendendo elementos transportadores de acordo com a presente invenção disposto na frente de um processo de lodo ativado aperfeiçoa também o funcionamento do processo de lodo ativado, A qualidade de lodo é especialmente aperfeiçoada, o que significa que a qualidade dos microorganismos no lodo é boa e o lodo é facilmente separado e sedimentado.

A capacidade de tratamento do sistema de tratamento pode ser variada mudando a concentração de biomassa no reator de tratamento. Isto pode ser feito por meio da mudança de volume do fluxo de lodo de retorno e/ou mudando o grau de enchimento do meio transportador. Por exemplo, quando os elementos transportadores de acordo com a presente invenção permitem o retorno do lodo ao reator, é possível reagir mais rápido às mudanças na qualidade de águas residuais que entram e circunstâncias de processo de tratamento mudando o fluxo de lodo de retorno.

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De acordo com uma modalidade da invenção, o sistema de tratamento biológico de água compreende um reator que tem um sistema de aeração de fundo compreendendo um ou mais elementos de aeração do tipo grade. O sistema de aeração de fundo permite que os elementos transportadores se movam livremente no volume inteiro do reator tendo contato contínuo com ar, água e substratos. A mistura suficiente com o baixo consumo de energia de aeração é assegurada pelo novo desenho de transportador e sistema de aeração desenhado e implementado apropriadamente. O sistema de aeração de fundo compreendendo os elementos de aeração do tipo grade está em contato direto com o volume total do reator de tratamento e com os elementos transportadores. Em outras palavras, não foi separado dos elementos transportadores por uma tela ou similar. Os elementos transportadores podem ter contato físico direto com os elementos do sistema de aeração, sem que os elementos do sistema de aeração sejam submetidos a desgastes prejudiciais ou impactos. Assim não é necessário dividir o volume de reator de tratamento em zonas ou “compartimentos” diferentes, ma o volume de reator de tratamento é de preferência um espaço tridimensional não dividido único.

De preferência, o sistema de aeração cobre o fundo inteiro do recipiente de reator e cria uma mistura ótima e aeração suficiente para o processo. O sistema de aeração tubular compreende um número de elementos de aeração do tipo grade, que compreendem um tubo de alimentação de ar principal e um número de difusores de ar dispostos perpendicularmente ao tubo de alimentação de ar. Ar/oxigênio é levado para dentro dos tubos do sistema de aeração dentro do tubo de alimentação de ar principal e dele para os difusores de ar. O ar/oxigênio emerge das perfurações do difusor de ar como pequenas bolhas de ar.

De acordo com uma modalidade da invenção, um ou vários dos difusores de ar podem ser feitos de material plástico, tal como polietileno ou poliéster. O uso de material plástico em difusores de ar permite a produção de perfurações menores nos difusores, onde também o tamanho das bolhas que emergem das perfurações é reduzido. O pequeno tamanho de bolha

13/17 fornece mais superfície de contato entre a bolha de ar e água e microorganismos no reator. Isto torna mais eficiente a transferência de oxigênio para água e para microorganismos, onde o mesmo resultado de aeração é obtido com menos consumo de ar. Isto leva a economia significante em energia.

O sistema de aeração pode também estar disposto para ser autolavagem, impedindo assim os tubos de alimentação de ar principais e difusores de bloquearem e exigindo uma quantidade mínima de trabalho de manutenção do pessoal de operação. Pequenas protuberâncias do tipo tubo são dispostas no lado inferior dos tubos de alimentação de ar principais das grades de aeração. Estas protuberâncias são abertas para os arredores e o sistema de aeração pode ser lavado através destas protuberâncias automaticamente. Isto impede a contaminação dos tubos de alimentação de ar principais e difusores pelo crescimento excessivo de microorganismo o por acúmulo de sujeira dentro deles.

De acordo com uma modalidade da invenção, os elementos transportadores são colocados em uma rotação anti-horária contra o fluxo de alimentação que entra no reator. Esta misturação contra corrente impede ou minimiza a possibilidade de fluxo direto da entrada de alimentação para a tela de saída e assegura atraso suficiente par efluente dentro do reator. A direção de rotação dos elementos transportadores no reator pode ser ajustada com válvulas de distribuição de ar.

De acordo com uma modalidade da invenção, o sistema de tratamento de água compreende um sensor de oxigênio que está disposto em conexão com o reator de tratamento para medir a concentração de oxigênio no reator e um meio de ajuste para ajustar a aeração do reator de acordo com a concentração de oxigênio medida. Assim é possível otimizar o consumo de energia de aeração medindo continuamente a concentração de oxigênio do reator de acordo com a concentração de oxigênio medida. Assim, aeração desnecessária, que é realizada somente para ser no lado seguro, é diminuída. O sensor de oxigênio está de preferência disposto na saída do reator de tratamento, onde pode ser protegido por uma tela de saída de reator, que impede a colisão dos elementos transportadores no sensor de oxi

14/17 gênio. A aeração do reator pode ser ajustada em linha ou continuamente com o meio de ajuste baseado nos valores de medição obtidos do sensor.

O sistema de aeração descrito nesta aplicação pode ser usado também com outros elementos transportadores, diferindo daqueles descritos nesta aplicação. O sistema e aeração pode ainda fornecer um número de benefícios e vantagens.

O elemento transportador típico ou o sistema de tratamento biológico de água de acordo com a presente invenção, é usado ara tratar ou purificar águas residuais de indústria de alimento e/ou bebida, indústria petroquímica ou águas servidas municipais. Em algumas modalidades vantajosas da invenção as águas residuais a serem tratadas estão essencialmente livres de fibras.

O elemento transportador ou sistema de tratamento biológico de água de acordo com a presente invenção é usado para tratar e purificar águas residuais tendo um valor para demanda de oxigênio químico (COD) de pelo menos 200 mg/l, tipicamente 300 - 4000 mg/l, mais tipicamente 400 2000 mg/l, mais tipicamente 500 - 1500 mg/l.

FIGURAS

As figuras devem ser tomadas como puramente esquemáticas e não devem ser construídas como limitando o escopo das reivindicações. A invenção é descrita em mais detalhe com referência às figuras anexas, onde:

a figura 1 mostra um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção, a figura 2 mostra uma vista lateral do elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção, a figura 3A mostra uma vista de topo de um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção, a figura 3B mostra uma vista de fundo de m elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção, e a figura 4 mostra esquematicamente um processo de tratamento de água de acordo com uma modalidade da presente invenção.

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Na figura 1 é mostrado um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção. O elemento transportador 1 tem uma primeira extremidade circular T e uma segunda extremidade circular 1 . Um número de paredes internas 2, 2’, 2 se estende da primeira extremida5 de 1’ para a segunda extremidade Τ'. A parede interna 2 tem um formato de um triângulo, enquanto a parede interna 2’ tem formato quadrangular. As paredes internas 2, 2’, 2 fornecem superfícies contínuas planas 3, 3’ para crescimento do biofilme. Estruturas de suporte 4, 4’, 4 circundam as paredes interna 2, 2’, 2 e definem a periferia do elemento transportador 1. As 10 estruturas de suporte 4, 4’, 4 também tornam a estrutura do elemento transportador resistente à abrasão e tensões mecânicas. Ao mesmo tempo as estruturas de suporte 4, 4’, 4 são espaçadas tão amplamente uma das outras que aberturas 5, 5’, 5 são formadas na periferia do elemento transportador 1. Estas aberturas 5, 5’, 5 permitem o transporte de impurezas, 15 água e oxigênio para dentro e para fora do elemento transportador 1 e para o crescimento de biofilme nas superfícies das paredes internas 2, 2’, 2.

Na figura 2 é mostrada uma vista lateral de um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção. A numeração de referência corresponde com aquela da figura 1. Pode ser observado 20 que o elemento transportador 1 é ligeiramente cônico, significando que o diâmetro da primeira extremidade T é maior que o diâmetro da segunda extremidade 1. Na modalidade mostrada na figura 2 todas as estruturas de suporte 4, 4’, 4 têm a mesma largura na direção de comprimento L do elemento transportador 1, indicada na figura 2 por uma seta L. É também pos25 sível que a largura das estruturas de suporte 4, 4’, 4 pode variar de uma para a outra.

Na figura 3A é mostrada uma vista de topo de um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção. As estruturas de suporte 4, 4’, 4 podem ser observadas devido ao formato cônico 30 do elemento transportador 1, quando o diâmetro das estruturas de suporte individuais está diminuindo para a segunda extremidade 1 do elemento transportador. Assim a primeira estrutura de suporte 4 tem um diâmetro mai

16/17 or que a estrutura seguinte e a última estrutura de suporte 4’, 4. As paredes internas 2, 2’, 2 são conectadas uma com a outra na segunda extremidade 1 do elemento transportador 1 por uma placa 6.

Na figura 3B é mostrada uma vista de fundo de um elemento transportador de acordo com uma modalidade da presente invenção. A numeração de referência corresponde àquela das figuras precedentes. As primeiras paredes internas 2, 2 são conectadas uma na outra na primeira extremidade 1’ do elemento transportador 1, no centro do elemento, e formando uma estrutura do tipo cruz. As segundas paredes internas 2’, 2' não atingem o centro do elemento transportador 1 na primeira extremidade T do elemento 1 e não se conectam uma com a outra ou com a primeira parte das paredes internas. Uma segunda parede interna 2’, 2’ está situada entre duas das primeiras paredes internas 2, 2. Todas as paredes internas são conectadas uma com a outra na periferia do elemento transportador pela ajuda das estruturas de suporte 4, 4’.

Na figura 4 é mostrado esquematicamente um processo de tratamento de água de acordo com uma modalidade da presente invenção. A água a ser tratada A é levada para um reator de tratamento 40 compreendendo elementos transportadores de acordo com a presente invenção. Ar ou oxigênio é alimentado no sistema de aeração 42 compreendendo um número de elementos de aeração do tipo grade 43, 43’, 43”, 43’. Ar ou oxigênio é alimentado não sistema de aeração 42 usando um ventilador 44. Um elemento de aeração 43 compreende um tubo de alimentação de ar principal 43’ e um número de difusores de ar 45, 45’. Pequenos furos ou perfurações (não mostrados) são formados nos difusores de ar, de modo que o ar pode ser expelido do sistema de aeração 42 na forma de pequenas bolhas. As bolhas formadas mantêm os elementos transportadores 41 em movimento e suspensos em volume inteiro do reator 40.

Uma conexão de saída 46 está disposta na parte superior do reator de tratamento 40, de cuja conexão, a água tratada biologicamente é retirada do reator 40 e levada para a unidade de clarificador 47. Na unidade de clarificador 47 a água tratada é permitida assentar, de modo que o lodo é

17/17 sedimentado no fundo 47’ da unidade de clarificador 47. A partir do fundo 47 o lodo é retirado, e uma parte dele é recirculado de volta para o reator de tratamento 40 usando a tubulação 48. A água purificada é retirada da parte superior da unidade de clarificador 47 através da conexão 49.

Mesmo se a invenção fosse descrita com referência ao que no presente parece ser as modalidades mais práticas e preferidas, é apreciado que a invenção não será limitada às modalidades descrita acima, mas a invenção é pretendida cobrir também diferentes modificações e soluções técnicas equivalentes dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Elemento transportador (1) para um sistema de tratamento biológico aeróbico de água, o elemento transportador caracterizado pelo fato de que compreende:

uma primeira extremidade (1') e uma segunda extremidade (1”) a uma distância uma da outra, o diâmetro máximo da primeira extremidade (1') sendo maior que o diâmetro máximo da segunda extremidade (1”) de modo que o elemento transportador é cônico em formato, o comprimento do elemento transportador, medido perpendicularmente da primeira extremidade (1') até a segunda extremidade (1''), sendo 11,0 - 14,9 mm, estrutura de superfície de crescimento de biofilme, que são paredes internas que se estendem da primeira extremidade (1') para a segunda extremidade (1'') e da parte interna do elemento para a periferia do elemento, o elemento transportador compreendendo um eixo central longitudinal sólido ao qual as paredes internas (2, 2', 2'') estão fixadas, pelo menos duas estruturas de suporte (4, 4', 4'') que circundam as estruturas de superfície de crescimento na periferia do elemento e conectam as estruturas de superfície de crescimento uma na outra, as estruturas de suporte (4, 4', 4'') definindo a superfície de limite externo do elemento transportador, onde as estruturas de suporte (4, 4', 4'') são espaçadas uma da outra de modo que as aberturas (5, 5', 5'') que permitem o acesso às estruturas de superfície de crescimento de biofilme são formadas entre as estruturas de suporte (4, 4', 4''), as aberturas (5, 5', 5'') na superfície limite externa do elemento transportador contra a área de seção transversal de uma superfície limite de elemento sólido similar estando acima de 42%, e todas as outras paredes internas (2) têm a forma de um triângulo, a base do triângulo está situada na segunda extremidade (1'') do elemento transportador, onde é disposta em conexão com as outras paredes internas, e o vértice da parede triangular é disposto em conexão com a estrutura de suporte na primeira extremidade (1') do elemento de suporte.

2. Elemento transportador, de acordo com a reivindicação 1, ca

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3. Elemento transportador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a segunda extremidade (1”) tem um diâmetro na faixa de 8,5 - 11,3 mm, de preferência 9,1 - 10,8 mm, e particularmente mais preferivelmente 9,4 - 10,5 mm.

4. Elemento transportador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a relação do diâmetro da primeira extremidade (1') e do diâmetro da segunda extremidade (1”) está acima de 1,2, de preferência acima de 1,25, mais preferivelmente acima de 1,29.

5. Elemento transportador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as aberturas (5, 5', 5'') na superfície limite externa do elemento transportador contra a área de seção transversal de uma superfície limite de elemento sólido similar estão acima de 45%, mais preferivelmente acima de 48%.

6. Elemento transportador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as seções transversais das primeira e segunda extremidades (1', 1'') são circulares.

7. Elemento transportador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o comprimento do elemento transportador, medido da primeira extremidade (1') para a segunda extremidade (1''), é 11,6 - 13,8 mm, preferivelmente 12,2 - 12,7 mm.

8. Elemento transportador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que é feito por moldagem por injeção.

9. Sistema de tratamento biológico de água caracterizado pelo fato de que compreende um reator de tratamento (40), que tem um volume de reator definido pela(s) parede(s) e fundo de reator, cujo volume de reator compreende elementos transportadores se movendo livremente, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

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10. Sistema de tratamento biológico de água, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o grau de enchimento dos elementos transportadores no reator está entre 14 - 28% de volume, de preferência 16 - 26% de volume, mais preferivelmente 18-25% de volume, ainda mais preferivelmente 20 - 25% de volume do volume total de reator.

11. Sistema de tratamento biológico de água, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o reator compreende um sistema de aeração (42) de fundo compreendendo um ou mais elementos de aeração do tipo grade (43, 43', 43”, 43”’), que compreendem um tubo de alimentação de ar principal e um número de difusores de ar dispostos perpendicularmente ao tubo de alimentação de ar, pelo que os elementos de aeração compreendem um ou vários dos difusores de ar que são feitos de material plástico, e o sistema de aeração (42) está disposto para autolavagem.

12. Sistema de tratamento biológico de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende um clarificador, tal como um assentador de gravidade, flutuação de ar dissolvido (DAF), ou pode ser um clarificador lamelar, disposto depois do reator de tratamento (40) e conexões para reciclar o lodo do clarificador de volta ao reator de tratamento (40), pelo que na parte superior do reator de tratamento (40) está disposta uma conexão de saída, que é conectada ao clarificador.

13. Método para tratar biologicamente águas residuais por levar água a ser tratada ou purificada a um reator de tratamento (40) compreendendo elementos transportadores que estão se movendo livremente, suspenso na água, no reator de tratamento (40) e em que um biofilme é cultivado, alimentar ar ou oxigênio no reator de tratamento (40), e levar a água tratada ou purificada para longe do reator de tratamento (40), caracterizado pelo fato de que por usar elementos transportadores, como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, no reator

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14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pe- lo fato de que por levar água tratada ou purificada para um clarificador, e lodo reciclado do clarificador de volta ao reator de tratamento (40), pelo que 5 o volume do fluxo de lodo reciclado é 2 - 15% de volume, de preferência 3 12% de volume, mais preferivelmente 5 - 10% de volume do fluxo que entra de água a ser tratada ou purificada.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13-

14, caracterizado pelo fato de que em levar a água tratada ou purificada para 10 longe da parte superior do reator de tratamento (40).

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por tratar ou purificar águas residuais da indústria petroquímica, indústria alimentar e / ou de bebidas ou para tratar ou purificar águas residuais municipais.