PT1597205E - Processo e instalação de tratamento de efluentes líquidos contendo, nomeadamente, poluentes em suspensão - Google Patents

Processo e instalação de tratamento de efluentes líquidos contendo, nomeadamente, poluentes em suspensão Download PDF

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Francois Bernazeau
William Levasseur
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Description

ΕΡ 1 597 205/ΡΤ DESCRIÇÃO "Processo e instalação de tratamento de efluentes líquidos contendo, nomeadamente, poluentes em suspensão" A presente invenção refere-se a um processo assim como um dispositivo destinados a assegurar o tratamento de efluentes líquidos contendo, nomeadamente, poluentes em solução, por exemplo matérias orgânicas naturais, micropoluentes, etc.
Tais processos e dispositivos utilizam meios de separação por gravidade incluindo sistemas conhecidos do tipo decantador ou flotador, eventualmente seguidos de uma filtração granular. É sabido que quando do tratamento de um efluente líquido pode ser necessário utilizar agentes reagentes pulverulentos tais como adsorventes (por exemplo, carvão activado, bentonites ou permutadores de iões tipo gel ou macroporosos, de esqueleto padrão ou magnético). A adição destes reagentes na cadeia de tratamento do efluente líquido efectua-se com muita frequência ao mesmo tempo que um outro reagente que favorece a coagulação, a floculação e a separação por gravidade das impurezas particulares contidas na solução. Uma tal utilização permite assim eliminar da corrente do efluente líquido a tratar as impurezas particulares, coloidais e dissolvidas. No entanto, reconhece-se que para melhorar a eficácia deste tipo de processo convém adicionar o reagente adsorvente antes do coagulante, dado que estes reagentes em suspensão comportam-se como colóides e torna-se necessário ter em conta a sua presença quando do ajustamento das doses de reagentes necessários à clarificação. 0 advento das técnicas de separação por membrana, nomeadamente as aplicações da ultrafiltração ao tratamento dos efluentes líquidos, permite melhorar o rendimento global dos meios de clarificação e de filtração instalados a montante dos meios de separação por membrana, tendo as membranas um rendimento de separação igual a 100% para as partículas que são maiores que o poder de separação das membranas utilizadas. Neste contexto, é desejável injectar o coagulante a montante dos reagentes adsorventes: o hidróxido 2 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ metálico formado quando da coagulação e floculação permite adsorver a maior parte da matéria orgânica (moléculas orgânicas de elevado peso molecular), o que favorece o rendimento de adsorção da matéria orgânica residual e dos micropoluentes pelo adsorvente pulverulento.
Como se verifica que a matéria orgânica e as microcápsulas estão em competição pelos mesmos locais de adsorção, o rendimento deste tipo de disposição pode ser melhorado multiplicando os pontos de injecção e os tipos de adsorvente. Por exemplo, numa disposição que inclua um decantador seguido de membranas, será adicionado um primeiro adsorvente antes do decantador e um segundo antes das membranas. Cada um dos reactores é optimizado em função das caracteristicas próprias às matérias a eliminar e aos adsorventes. É a este tipo de instalação que se refere a presente invenção.
Conhecem-se, nomeadamente através de fr-a-2628337, instalações para a depuração de fluidos por meio de membranas nas quais se introduz um agente adsorvente, por exemplo carvão activado pulverulento e/ou em grão, sendo este agente adsorvente introduzido na corrente do fluido a depurar, antes das membranas de filtração.
Conhecem-se igualmente, nomeadamente através de US-A-4610792, instalações de tratamento de águas poluidas compreendendo meios de clarificação e meios de separação por membrana em tratamento de acabamento. Neste tipo de instalação conhecido, introduz-se um reagente pulverulento, por exemplo carvão activado, na cadeia de tratamento da água bruta entre os meios de clarificação convencional e os meios de separação por membrana, sendo o agente pulverulento recirculado no anel de filtração por membrana entre os meios de clarificação e os meios de separação por membrana.
Conhecem-se igualmente sistemas mais antigos de adição de reagentes pulverulentos segundo os quais o reagente é injectado na cadeia de tratamento directamente a montante da separação por gravidade (flotador ou decantador).
Finalmente conhecem-se (de FR-A-2696440 e JP 05277499) 3 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ instalações para a depuração dos fluidos compreendendo meios de separação por gravidade e meios de separação por membrana nas quais o reagente pulverulento é introduzido a montante das membranas e as águas de retrolavagem destas membranas contendo o reagente pulverulento são recirculadas à frente dos meios de separação por gravidade.
Partindo deste estado da técnica, a presente invenção propõe-se trazer aperfeiçoamentos que permitam melhorar os rendimentos de eliminação da poluição dissolvida, diminuindo, simultaneamente, os custos de exploração.
Consequentemente, esta invenção tem por objecto, em primeiro lugar, um processo para a depuração e a filtração dos fluidos, nomeadamente de efluentes líquidos tais como a água bruta contendo poluentes orgânicos em solução e utilizando meios de separação por gravidade tais como, nomeadamente, decantador e flotador, assim como meios de separação por membrana, em etapa de acabamento, de acordo com o qual se introduz um primeiro reagente pulverulento na corrente do fluido a tratar a montante da separação por gravidade e um segundo reagente pulverulento a montante da separação por membrana, sendo este processo caracterizado por o coagulante necessário para a separação ser injectado antes do primeiro reagente pulverulento, por os ditos primeiro e segundo reagentes pulverulentos apresentarem características diferentes, nomeadamente granulometria, capacidade de adsorção adaptada aos poluentes a eliminar e por o referido segundo reagente pulverulento ser reciclado a partir dos meios de separação por membrana para montante dos meios de separação por gravidade. 0 facto de, de acordo com a invenção, se adicionar o coagulante antes do primeiro reagente pulverulento num reactor cujo tempo de contacto é, além disso, adaptável às características da água bruta (temperatura, turbidez, matéria orgânica, etc.) permite obter um tempo de permanência para o adsorvente que está geralmente compreendido entre 5 e 20 horas, mas nunca para além de 60 horas, tempo além do qual foi observado que o rendimento da primeira etapa de adsorção é nitidamente diminuído, em particular no que se refere à eliminação dos micropoluentes. 4 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ
De acordo com um modo de execução do processo tal como definido acima, cada um dos reagentes pulverulentos é constituído por agentes adsorventes, nomeadamente carvão activado, bentonites ou permutadores iónicos tipo gel ou macroporosos de esqueleto padrão ou magnético. A invenção visa igualmente um dispositivo para a execução do processo tal como definido acima.
Este dispositivo compreende uma linha de tratamento incluindo nomeadamente meios de separação por gravidade, meios de separação por membrana em etapa de acabamento, meios que permitem respectivamente a introdução de coagulante, de um primeiro reagente pulverulento a montante da separação por gravidade e de um segundo reagente pulverulento a montante dos meios de separação por membrana, sendo este dispositivo caracterizado por compreender ainda um anel de reciclagem do segundo reagente pulverulento após a purga dos meios de separação por membrana até à conduta na qual circula o efluente líquido a tratar, a montante dos meios de separação por gravidade e por os meios de injecção do coagulante necessário à separação estarem situados a montante dos meios de injecção do primeiro reagente pulverulento.
De acordo com um exemplo de realização deste dispositivo os meios de separação por gravidade são realizados sob a forma de um clarificador, podendo ser constituído por um decantador de leito de lamas ou de um aparelho de recirculação de lamas, eventualmente completado por um sistema de separação lamelar e precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação, floculação, sendo a escolha entre as diferentes combinações comandada pelo tempo necessário ao coagulante para realizar a sua primeira adsorção e pelo tempo de permanência necessário para que o primeiro reagente pulverulento proporcione um rendimento de adsorção óptimo.
De acordo com um outro modo de realização da invenção, os meios de separação por gravidade são realizados sob a forma de um clarificador tal como um flotador, eventualmente precedido quer de uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer de uma etapa completa de coagula- 5 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ ção-floculação.
De acordo com a invenção, os meios de separação por membrana são constituídos por sistemas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, ou de osmose inversa equipados com membranas em configuração plana ("plate and frame"), tubular, espiral ou de fibra oca (com pele externa ou pele interna). Os meios de separação por gravidade podem comportar um filtro granular de fluxo descendente ou ascendente.
Outras características e vantagens da presente invenção sobressairão da descrição adiante com referência aos desenhos anexos que ilustram um exemplo de realização desprovido de qualquer carácter limitativo. Nos desenhos, as Figuras 1 e 2 são representações esquemáticas de dois modos de realização de um dispositivo de tratamento utilizando o processo objecto da invenção.
Referindo-nos à Figura 1, vê-se que o dispositivo de acordo com a presente invenção compreende como sabido um meio de separação por gravidade designado no seu conjunto pela referência 10 que pode ser constituído por um clarificador 11, seguido de um filtro granular 12 e de um meio de separação por membranas 13 realizado, por exemplo, sob a forma de dispositivos de sistemas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, ver osmose inversa. Notar-se-á que o clarificador 11 pode ser constituído por um decantador de leito de lamas ou por um aparelho de recirculação de lamas, quer um flotador, quer um decantador eventualmente completado com um sistema de separação lamelar.
De acordo com a invenção, o dispositivo prevê a introdução de um reagente coagulante, num ponto 18 da conduta de alimentação de água bruta, seguido de um reactor 14 de mistura e contacto, de meios para a introdução do primeiro reagente pulverulento (Adsorvente 1), a montante do separador por gravidade 10 e a jusante do ponto de injecção 18 do reagente coagulante e de um meio para a introdução do segundo reagente pulverulento (Adsorvente 2) a montante do separador de membrana 13. Prevê-se igualmente um reactor de mistura e contacto 15 entre os meios de introdução do Adsorvente 2 e os meios de separação por membrana 13. 6
ΕΡ 1 597 205/PT
De acordo com a presente invenção, o dispositivo compreende igualmente uma reciclagem do segundo reagente pulverulento (Adsorvente 2) a partir da purga do separador de membrana 13, com a ajuda de um anel 16 que conduz o segundo reagente pulverulento assim reciclado para um ponto 17 situado sobre a conduta de entrada de água bruta a montante do separador por gravidade 10, a jusante do ponto de introdução 18 do coagulante.
Tal como evidenciado acima, os reagentes pulverulentos (Adsorventes 1 e 2) apresentam caracteristicas diferentes (materiais, granulometria, capacidade de adsorção adaptada aos poluentes a eliminar).
Referimo-nos agora à Figura 2 que ilustra uma variante do dispositivo de acordo com a invenção. Vê-se que, nesta variante, o meio de separação por gravidade 10' não inclui clarificador e pode ser constituído por um filtro granular 12' (de filtração ascendente ou descendente), eventualmente precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação-floculação. O meio de separação por membrana 13 pode ser realizado, por exemplo, sob a forma de dispositivos de ultrafiltração. Este dispositivo é particularmente interessante para a clarificação das águas nas quais a carga coloidal e a da matéria em suspensão são fracas.
De acordo com a invenção e como anteriormente, nesta variante prevê-se um meio para a introdução de um reagente coagulante num ponto 18 da conduta de alimentação em água bruta, a montante do ponto de injecção do primeiro reagente pulverulento, seguido de um reactor de mistura e contacto 14, de um meio de injecção do primeiro reagente pulverulento (Adsorvente 1) num ponto situado a montante dos filtros granulares 12' e um meio de injecção do segundo reagente pulverulento (Adsorvente 2) a montante do separador de membrana 13. Prevê-se igualmente uma reciclagem do segundo reagente pulverulento (Adsorvente 2), proveniente da purga do separador de membrana 13, com o auxílio de um anel 16 que conduz o reagente pulverulento assim reciclado para um ponto 17 situado na conduta de entrada da água bruta a montante do separador por gravidade 10', a jusante do ponto 18 de 7 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ injecção do coagulante.
Assim, em relação à técnica conhecida, tal como definida nomeadamente nas publicações mencionadas acima, a invenção diferencia-se pelo facto de utilizar dois reagentes pulverulentos de caracteristicas diferentes, adicionados em diferentes pontos da linha de tratamento e que o coagulante é injectado antes do primeiro reagente pulverulento. Graças a esta disposição, o rendimento de adsorção dos diferentes poluentes orgânicos é optimizado (dado que os efeitos do coagulante e do adsorvente não se contrariam) reduzindo simultaneamente os custos de exploração da instalação.
Proporcionamos adiante os resultados de testes utilizando o processo de acordo com a invenção, indicando os ganhos de rendimento para a absorção da matéria orgânica (MO) e dos pesticidas. Estes resultados estão descritos nos
Quadros 1 e 2.
Quadro 1: Comparação das percentagens de eliminação da matéria orgânica (COT) para injecção simultânea ou desfasada do coagulante e do adsorvente
Tempo de contacto Coagulação e Adsorção simultâneas Coagulação a t0 = 0, depois adsorção a t0 + 3 min. 0 0% 70 10 57% 71 20 65% 76 30 65% 80 60 68% 82 120 70% 85 180 72 90
Nos dois casos utiliza-se, numa mesma água contendo 10 mg/1 de COT (Carbono Orgânico Total) uma dose de coagulante de 60 mg/1 de cloreto férrico e uma dose de adsorvente de 15 mg/1 de carvão activado em pó, Norit W35. O rendimento de eliminação é nitidamente melhorado no caso de injecção desfasada. 8 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ
Quadro 2: Rendimentos de adsorção de COT segundo diferentes situações
Situação % Eliminação COT % Eliminação μ - poluentes Comentários 15 mg/1 CAP2 num decantador de leito de lamas 30 50 15 mg/1 CAP2 nas membranas (cf FR 2628337) 30 70 (D 15 mg/1 CAP2 nas membranas + recirculação no decantador (cf FR 2696440) 45 75-80 (2) 10 mg/1 CAP2 no decantador + 5 mg/1 CAP2 nas membranas + recirculação no decantador 55-60 90-99 (3) (4) CAPi = carvão activado em pó não peneirado (granulometria 5-100 μπι) Norit W35 CAP2 = carvão activado em pó peneirado (granulometria 10 μπι), Norit S.A.U.F. (1) : sabendo que o tempo de contacto em leito de lamas é de 12 a 48 horas e deste sobre as membranas é da ordem dos 60 minutos, a forte superfície específica de CAP2 permite, no entanto, obter um resultado equivalente sobre COT, superior sobre micropoluentes. (2) : a re circulação permite optimizar a exploração da capacidade total do CAP. (3) : realizações melhoradas com diminuição de custos, sendo o CAPi nitidamente menos caro que o CAP2. A baixa dose de CAP2 permitiria mesmo o funcionamento em filtração frontal sem recirculação. (4) : o CAP2 é mais eficaz sobre os pesticidas (micropoluentes) quando o COT foi previamente reduzido no 0ΑΡ2.
Em relação aos outros processos conhecidos que utilizam a combinação meios de separação por gravidade com filtração mais meios de separação por membrana, a invenção traz nomeadamente as seguintes vantagens: - A ordem de injecção dos reagentes (adição de um primeiro reagente adsorvente pulverulento numa água bruta que foi previamente coagulada) optimiza a eliminação global dos compostos orgânicos (Carbono orgânico total - COT) de forte concentração (alguns mg/1). - A adição de um segundo adsorvente pulverulento a montante das membranas constitui uma dupla barreira de adsorção dos micropoluentes (pesticidas, compostos responsáveis por paladares e odores) de baixa concentração (alguns pg/l). Este segundo adsorvente é muito mais eficaz para a adsorção dos micropoluentes, resultando este da redução, a 9 ΕΡ 1 597 205/ΡΤ montante, da concentração de matéria orgânica natural (COT) pela coagulação e a adsorção. - A reciclagem do segundo reagente adsorvente depois dos meios de separação por membrana para montante dos meios de separação por gravidade (com um longo tempo de permanência) permite saturar este reagente pulverulento e aumentar o rendimento global de adsorção nos meios de separação por gravidade. - A descarga dos meios de separação por membrana, contendo o segundo reagente pulverulento, é trazida de volta para as lamas proveniente do separador por gravidade que contem o primeiro adsorvente. isto simplifica o problema do tratamento das lamas da linha de tratamento e minimiza as quantidades de água "perdidas" devidas às extracções.
Lisboa,

Claims (9)

  1. ΕΡ 1 597 205/PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a depuração e filtração de fluidos, nomeadamente de efluentes líquidos tais como a água bruta contendo poluentes orgânicos em solução e utilizando meios de separação por gravidade tais como nomeadamente decantador e flotador, assim como meios de separação por membrana, na etapa de acabamento, de acordo com o qual é injectado um coagulante num ponto da conduta de alimentação em água bruta, introduz-se um reagente pulverulento a montante da separação por membrana, sendo este reagente pulverulento reciclado a partir dos meios de separação por membrana para montante dos meios de separação por gravidade, sendo este processo caracterizado por: • o primeiro reagente pulverulento ser introduzido a jusante do ponto de injecção do coagulante e a montante do separador por gravidade, • o primeiro reagente pulverulento e o segundo reagente pulverulento que é introduzido a montante da separação por membrana apresentarem caracteristicas diferentes, nomeadamente granulometria, capacidade de adsorção adaptada aos poluentes a eliminar, e • por o tempo de permanência do primeiro reagente pulverulento no reactor de contacto estar compreendido entre 5 e 60 horas.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tempo de permanência do primeiro reagente pulverulento no seu reactor de contacto estar compreendido entre 5 e 20 horas.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os reagentes pulverulentos serem constituídos por agentes adsorventes tais como, nomeadamente, carvão activado, bentonites ou permutadores iónicos tipo gel ou macroporosos de esqueleto padrão ou magnético.
  4. 4. Dispositivo para a realização do processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, que compreende uma linha de tratamento incluindo nomeadamente meios de separação por gravidade (10), meios de separação por membrana ΕΡ 1 597 205/ΡΤ 2/3 (13) em etapa de acabamento, meios que permitem respectivamente a introdução de coagulante e de um reagente pulverulento a montante dos meios de separação por membrana, compreendendo ainda este dispositivo um anel de reciclagem (16) do reagente pulverulento após a purga dos meios de separação por membrana (13) até à conduta na qual circula o efluente liquido a tratar, a montante dos meios de separação por gravidade (10), caracterizado por compreender meios que permitem a introdução de um primeiro reagente pulverulento a montante da separação por gravidade, sendo o reagente pulverulento injectado a montante dos meios de separação por membrana um segundo reagente pulverulento que apresenta caracteristicas diferentes, e por os meios de injecção do coagulante necessário à separação estarem situados a montante dos meios de injecção do primeiro reagente pulverulento.
  5. 5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os meios de separação por gravidade (10) serem realizados sob a forma de um clarificador, tal como um decantador de leito de lamas, eventualmente completado por um sistema de separador lamelar e precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação-floculação.
  6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os meios de separação por gravidade (10) serem realizados sob a forma de um clarificador tal como um flotador, eventualmente precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação-floculação.
  7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os meios de separação por gravidade (10) serem realizados sob a forma de um clarificador, tal como um aparelho de recirculação de lamas, completado com um sistema de separação lamelar e precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação-floculação.
  8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os meios de separação por gravidade (10') serem realizados sob a forma de um filtro granular (12') de ΕΡ 1 597 205/ΡΤ 3/3 fluxo ascendente ou descendente, eventualmente precedido quer por uma zona de contacto para a injecção do coagulante, quer por uma etapa completa de coagulação-floculação.
  9. 9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado por os meios de separação por membrana (13) serem constituídos por sistemas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração ou osmose inversa. Lisboa,
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