PT2027073E - Tratamento de líquido aquoso - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "TRATAMENTO DE LÍQUIDO AQUOSO"

Esta invenção é destinada a um método e a um instrumento para o tratamento de liquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio. 0 tratamento convencional de águas residuais é realizado num recipiente por sólidos bacterianos aeróbicos que, na presença do oxigénio, degradam os contaminadores orgânicos na água. A água no recipiente é agitada de forma a manter os sólidos bacterianos em suspensão. A aeração da água mantém as necessárias circunstâncias aeróbicas.

Numa estrutura de um tratamento convencional de água residual existe geralmente um fluxo continuo de água a ser tratada para dentro do recipiente e um fluxo continuo de água tratada que contém os sólidos bacterianos para fora do recipiente. O fluxo de saida da água tratada é dirigido a partir do recipiente de tratamento até um tanque de sedimentação no qual os sólidos se sedimentam sob o efeito da gravidade, deixando um liquido sobrenadante límpido que pode ser continuamente descarregado para o ambiente ou para um tratamento adicional.

Foi proposto eliminar a sedimentação sob a acção da gravidade e empregar a filtragem da membrana de escoamento cruzado para separar os sólidos bacterianos da água. Uma potencial vantagem da filtragem da membrana é que pode reter com sucesso concentrações mais elevadas de sólidos bacterianos do que a separação pela gravidade. Como resultado, podem ser tratados materiais residuais aquosos mais fortes. Ά força' de um material residual aquoso é 2 reflectida pela sua necessidade biológica em oxigénio (BOD) ou pela sua necessidade química em oxigénio (COD), ou por ambas.

Até à data, provou-se ser difícil obter, num processo de tratamento de água residual, o máximo benefício a partir dos filtros tubulares da membrana de escoamento cruzado. Levantaram-se dificuldades em manter as superfícies internas do orifício da membrana desimpedidas e consequentemente em explorar a sua potencial capacidade em suportar elevadas concentrações de sólidos fortes. Estas dificuldades anteriores podem ser diminuídas através da lavagem das superfícies internas do orifício com bolhas de ar como no documento W001/00307A. No entanto o método de lavagem descrito é isolado sem se verificar qualquer tentativa em integrar essa lavagem num processo de tratamento total do líquido aquoso, sendo o principal desafio manter as adequadas condições de tratamento no recipiente de tratamento.

De acordo com a presente invenção é fornecido um método para o tratamento do líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, que inclui as etapas de: recepção de um fluxo de líquido num recipiente; redução da necessidade de oxigénio de um volume do líquido no recipiente através do tratamento com os sólidos bacterianos aeróbicos em suspensão na presença de oxigénio dissolvido; transporte de um fluxo pressurizado do líquido tratado desde o recipiente até um separador da membrana clarificante, em que o fluxo pressurizado contém sólidos bacterianos aeróbicos em suspensão, e em que o separador da membrana contém uma disposição das membranas capaz de clarificar o fluxo pressurizado; separação do referido 3 fluxo pressurizado por meio do separador da membrana para i) uma corrente reciclada pressurizada concentrada em sólidos bacterianos aeróbicos e para ii) uma corrente de descarga do liquido límpido; lavagem das membranas com um primeiro gás óxico, seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, em que o primeiro gás óxico é afastado do separador da membrana na corrente reciclada pressurizada; retorno da corrente reciclada pressurizada para baixo da superfície do volume do líquido no recipiente, pelo que a corrente reciclada fornece pelo menos algum do oxigénio que é aí dissolvido; introdução de um segundo gás óxico seleccionado a partir do ar e do oxigénio e das misturas desses na corrente reciclada pressurizada e/ou numa corrente pressurizada adicional do líquido aquoso que flui no referido volume, e controlo a taxa total de introdução dos primeiros e segundos gases óxico em relação ao pH e à concentração de oxigénio dissolvido do referido volume do líquido aquoso. A invenção também fornece um instrumento para o tratamento do líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, que inclui, um recipiente de tratamento para receber um fluxo do líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, meios para dissolver o oxigénio no referido líquido na presença das bactérias aeróbicas de forma a reduzir a necessidade de oxigénio de um volume do referido líquido, meios para transportar um fluxo pressurizado de líquido tratado, que contém sólidos bacterianos aeróbicos, desde o recipiente ao longo de uma conduta até um separador da membrana capaz de clarificar o referido líquido tratado até uma corrente reciclada pressurizada, concentrada em sólidos bacterianos aeróbicos, e uma descarga de líquido límpido, meios para introdução de um primeiro gás óxico, 4 seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, num referido separador da membrana para limpar o referido separador da membrana, uma conduta para transportar a referida corrente reciclada pressurizada e o referido primeiro gás óxico de volta para baixo da superfície do volume do líquido aquoso que tem a necessidade de oxigénio para o recipiente, meios para introdução de um segundo gás óxico, seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, para a conduta para transportar a referida corrente reciclada pressurizada e o referida primeiro gás óxico de volta para baixo da superfície do volume do líquido aquoso que tem a necessidade de oxigénio para o recipiente e/ou para uma conduta para transportar uma corrente pressurizada adicional do líquido aquoso que flui para o referido volume do líquido aquoso que tem a necessidade de oxigénio para o recipiente e meios para controlar a taxa total de introdução dos primeiros e segundos gases óxicos em relação ao pH e à concentração de oxigénio dissolvido do referido volume do líquido aquoso. A necessidade de oxigénio pode ser uma necessidade química em oxigénio (COD) ou uma necessidade biológica ou bioquímica em oxigénio (BOD) , ou ambas. 0 uso do gás óxico, de preferência oxigénio, tanto para limpar o separador da membrana como oxigenar a água a ser tratada torna possível o tratamento efectivo do líquido aquoso residual que tem um BOD e/ou um COD elevados. Por exemplo, águas residuais com elevadas forças de CODs na região de 1.000 mg/1 e superiores e BODs na região de 500 mg/1 e superiores podem dessa forma ser tratadas. Além disso, usar a mesmas fonte ou fontes de gás óxico tanto 5 para a lavagem como para a oxigenação pode reduzir a quantidade total de gás e de instrumentos necessários para a operação para ambas as fases de tratamento e de clarificação do método de acordo com a invenção.

De preferência, a fracção de mole de oxigénio molecular no primeiro e/ou segundo gás óxico é variada em relação ao pH e/ou à concentração de oxigénio dissolvido do volume do líquido. A variação na fracção de mole pode ser simplesmente efectuada através da substituição do ar pelo oxigénio, ou vice-versa, ou pela substituição das proporções de ar e de oxigénio numa mistura desses.

No método de acordo com a invenção, de preferência as bolhas dos primeiros e segundos gases óxicos são formadas na corrente ou nas correntes dos líquidos aquosos pressurizados, em que a corrente ou as correntes estão sob uma pressão suficiente e a uma velocidade suficiente para terem a energia suficiente para que quando a referida corrente ou correntes entrarem no volume do líquido no recipiente as bolhas do referido gás óxico ou sejam divididas em bolhas menores que se dissolvem ou então são consumidas dentro do volume do líquido. Essa elevada pressão, tipicamente 2 a 7 bar absolutos, facilita a lavagem eficaz das membranas e o atingimento de elevadas eficiências de oxigenação. É vantajosa a utilização da corrente reciclada pressurizada como a corrente em que o segundo gás óxico é introduzido, desse modo obvia-se ou reduz-se a necessidade de se introduzir, no recipiente, uma corrente separada de água pressurizada no volume da água. A escolha da pressão do fluxo tratado do líquido é suficiente para facilitar o transporte do líquido límpido através da membrana, enquanto deixa a corrente reciclada com pressão 6 suficiente para a libertação de energia que ocorre para causar o corte das bolhas de gás óxico quando a corrente ou as correntes pressurizadas que contêm o gás óxico são introduzidas de volta para o volume do liquido no recipiente através de um ou mais bocais.

De preferência, no método de acordo com a invenção, a introdução da corrente ou das correntes recicladas pressurizada no volume do liquido no recipiente provoca agitação suficiente de forma a manter os sólidos bacterianos em suspensão e auxilia na distribuição do oxigénio através da totalidade do volume do liquido no recipiente, o que é vantajoso na redução da necessidade de um instrumento adicional, tal como os agitadores mecânicos, para causar a referida agitação. É preferível que o fluxo do líquido tratado seja pressurizado por meio de uma bomba que possa pressurizar o líquido a uma pressão tão elevada de forma que facilite o transporte do líquido límpido através da membrana, enquanto deixa a corrente ou as correntes recicladas pressurizadas com pressão suficiente para a libertação de energia que ocorre de forma a causar o corte das bolhas de gás.

Para que as bactérias se desenvolvam e reduzam a necessidade de oxigénio da água residual, é vantajoso controlar tanto o índice de oxigénio dissolvido como o pH do volume do líquido no recipiente. De preferência isto é conseguido através da variação da taxa de fornecimento do gás óxico ao fluxo tratado do líquido ou da corrente ou das correntes recicladas pressurizadas, e/ou da variação da fracção de mole de oxigénio no gás óxico. 7 A taxa de fluxo do gás óxico para o separador da membrana pode ser variada dentro dos parâmetros de funcionamento da membrana especifica do fluxo cruzado em utilização. Assim não será sempre possível o fornecimento, no sentido ascendente, do suficiente gás óxico do separador da membrana para ir de encontro com as necessidades detectadas do líquido no recipiente sem sacrificar a capacidade de clarificação do separador da membrana. Assim sendo, é fornecido um segundo gás óxico à corrente reciclada pressurizada ou a uma corrente pressurizada separada da água. A taxa total de fornecimento do primeiro e do segundo gás óxico é de preferência variável em relação à concentração de oxigénio dissolvido detectada instantaneamente do volume do líquido aquoso no recipiente. Além disso, os fluxos relativos do primeiro fluxo de oxigénio e do segundo fluxo de ar são de preferência variáveis em relação à concentração de oxigénio dissolvido detectada instantaneamente. Por exemplo pode ser fornecido mais oxigénio e menos ar a uma inferior concentração de oxigénio dissolvido e pode ser fornecido menos oxigénio e mais ar a uma superior concentração de oxigénio dissolvido. No entanto, a taxa de fluxo do primeiro gás óxico e da sua fracção de mole de oxigénio pode manter-se constante. Neste caso, a taxa de fluxo de uma fracção de mole de oxigénio no segundo gás óxico é variável. A taxa total de fornecimento do primeiro e segundo gás óxico pode também ser variável dependendo do pH do volume do líquido aquoso no recipiente. 0 CO2 formado pelo tratamento bacteriano dos constituintes carbonosos na água residual dissolve-se na água produzindo ácido carbónico, o que faz com que o pH da água diminua. A maioria dos sólidos bacterianos aeróbicos não consegue tolerar valores de pH inferiores a 5,5. As taxas de fluxo relativas do primeiro fluxo de oxigénio e do segundo fluxo de ar podem variar em relação ao pH do referido volume do liquido aquoso no recipiente.

De preferência o volume do liquido no recipiente é mantido a um pH de 7 ou inferior, embora se possa permitir que o pH se eleve até chegar a 8 dependendo da composição do liquido aquoso, ainda mais de preferência é mantido a um pH entre 6,0 e 7,0, particularmente a um pH entre 6,9 e 6,5. Esses valores de pH são suficientemente elevados para permitirem a dissolução do oxigénio no liquido, a protecção dos sólidos bacterianos e a constante remoção e impedimento do aumento da escala na superfície da membrana que ocorre devida à deposição dos minerais na água residual, que não são removidos através da lavagem.

De preferência cada membrana tem um orifício com uma face porosa interna e uma face porosa externa, estando aí um gradiente do aumento do diâmetro do poro desde a face porosa interna até à externa, em contacto com o fluxo pressurizado do líquido tratado, no sentido da face porosa externa, onde o líquido límpido sai das membranas. O tamanho do poro da face interna é de preferência suficientemente pequeno de forma a prevenir a passagem dos sólidos bacterianos através da membrana. Um exemplo desse sistema é aquele divulgado no documento WO01/00307A, que utiliza membranas de polietersulfona tubular com um gradiente crescente do diâmetro desde a superfície do orifício interno do tubo até à parede exterior. No entanto, não é essencial que as membranas sejam tubulares. 9 0 calor gerado no tratamento é geralmente perdido por evaporação para a atmosfera. 0 método e os instrumentos de acordo com a presente invenção são vantajosos nesse aspecto para uma determinada entrada de água residual ser tratada, pois pode ser utilizado um recipiente de tratamento de volume relativamente pequeno que contém uma elevada concentração de sólidos bacterianos, mantendo dessa forma uma baixa perda de calor evaporativo a partir da superfície do liquido. É possivel manter o volume do liquido no recipiente de tratamento a temperaturas entre 20°C e 80°C, i.e. acima da temperatura ambiente. A temperatura pode ser seleccionada de forma a ser uma temperatura em que as bactérias aeróbicas mesofilicas são capazes de degradar os constituintes orgânicos e de se reproduzirem a uma taxa mais elevada, ou uma temperatura em que as bactérias termofilicas mais potentes podem ser utilizadas para o tratamento da água. A temperaturas mais elevadas, por exemplo, a 60 °C e superiores, também pode ser possivel destruir os patogénios tais como e-coli e a salmonela. A partir de uma fonte externa pode ser ministrado calor ou frio de forma a controlar a temperatura do liquido aquoso no recipiente de tratamento. O método e o instrumento de acordo com a invenção serão agora descritos por meio de exemplos, em relação aos desenhos que acompanham, em que: A Figura 1 é um diagrama de fluxo em esquema do instrumento de forma a executar o método de acordo com a invenção. 10 A Figura 2 é um desenho em esquema, em parte em perspectiva, de uma secção do instrumento de aeração no recipiente de tratamento de acordo com a invenção; A Figura 3 é uma vista seccional elevada de uma forma preferida de um gás que introduz o dispositivo de venturi para a utilização nas formas de realização da invenção.

Os desenhos não estão à escala.

As partes semelhantes em diferentes figuras são referidas abaixo pelo mesmo número de referência. A utilização do sufixo A denota um elemento particularmente adaptado para a introdução do oxigénio e o sufixo B denota um elemento particularmente adaptado para a introdução de ar.

Fazendo referência à Figura 1, um fluxo do liquido aquoso que tem uma variante necessidade de oxigénio é transportado continuamente para uma entrada 2 no lado de um recipiente de tratamento aberto 4. O recipiente 4 pode ser de qualquer capacidade conveniente. Tipicamente, retém de 50 a 5.000 m3 de liquido. Tipicamente, a profundidade de liquido no recipiente 4 está na grandeza de 3 a 15 metros. O liquido pode ser, por exemplo, água residual doméstica ou industrial que tenha um BOD e/ou, um COD, em que a grandeza da necessidade de oxigénio é dependente da concentração e da natureza dos poluentes orgânicos ou químicos presentes na água. Por exemplo a água residual doméstica sem tratamento forte pode ter um BOD de 400 mg/1 e um COD de 1.000 mg/1. Tipicamente a água residual contém bactérias aeróbicas, que na presença da quebra do oxigénio molecular dissolvido diminui os poluentes e reduza a necessidade de oxigénio da água. Se essas bactérias não estiverem 11 presentes, a água residual pode ser enriquecida com as mesmas. A necessidade de oxigénio da água residual é reduzida no recipiente pelo tratamento aeróbico com os sólidos bacterianos aeróbicos em suspensão na presença do oxigénio dissolvido de acordo com a fórmula geral 1:

Matéria orgânica + O2 + bactérias + nutrientes -> C02 + bactérias + outros produtos terminais Fórmula 1

Tal como nos produtos mostrados na fórmula 1, também é libertada energia na forma de calor, que eleva a temperatura da água residual no recipiente 4. Os sólidos bacterianos utilizados para o tratamento podem incluir as bactérias mesofilicas ou termofilicas. As populações e as taxas de crescimento destas bactérias variam com a temperatura. De acordo com isso a temperatura do liquido aquoso no recipiente de tratamento 4 pode ser controlada. Tipicamente, para essa finalidade, pode ser administrado frio ao recipiente 4. Se a temperatura da água residual no recipiente de tratamento estiver entre 20°C e 50°C, predominam as bactérias mesofilicas, para as quais é preferível uma temperatura de 20°C a 35°C. Se a temperatura no recipiente de tratamento estiver entre 35°C e 75°C predominam as bactérias termofilicas, para as quais é preferível uma temperatura entre 40°C e 60°C. A água no recipiente 4 é agitada de forma a manter os sólidos bacterianos em suspensão. Para que as bactérias se desenvolvam, é necessária uma concentração suficiente de oxigénio dissolvido. No tratamento da água residual convencional a aeração é a única fonte de oxigénio 12 dissolvido. No entanto a aeração impõe limitações no processo de tratamento tornando difícil de tratar efluentes com elevadas necessidades de oxigénio.

Da saída 3 é continuamente extraído um fluxo de água residual tratada, com reduzida necessidade de oxigénio e contendo sólidos bacterianos aeróbicos, perto da base do recipiente 4, e é pressurizado por uma bomba 8 entre 2 a 7 bar absolutos. 0 fluxo pressurizado é transportado ao longo de uma conduta 6, tipicamente formada de PVC ou de PEAD (polietileno de alta densidade) , por uma bomba 8 até uma unidade de separação da membrana clarificante 10. De preferência a unidade de separação 10 contém uma disposição de membranas do tipo fluxo cruzado clarificante tubular 11. As membranas são tipicamente construídas com uma baixa descida de pressão, na região de 0,5 a 1 bar absoluto. Essa descida de pressão pode ser conseguida formando as membranas tubulares a partir de materiais tais como a polietersulfona com um gradiente crescente do diâmetro do poro desde a superfície interna do orifício do tubo até à parede exterior. O fluxo pressurizado que entra na unidade de separação da membrana 10 passa por dentro do orifício interno das membranas 11 e é separado em i) uma corrente reciclada pressurizada, concentrada em sólidos bacterianos, que passa através do orifício interno das membranas 11 e que sai da unidade de separação 10, através da saída 16, e ii) uma corrente de descarga do líquido límpido, que passa através da membrana e que sai da unidade de separação 10, através da saída 14. As unidades de separação da membrana apropriadas estão amplamente disponíveis comercialmente. A corrente límpida que sai da unidade de separação da membrana 10 na saída 14 pode requerer um tratamento 13 adicional para remoção dos patogénios não removidos tanto pela fase de tratamento aeróbico como pela fase de separação, tais como virus, e-Coli e salmonela. A separação do fluxo pressurizado deixa depósitos de sólidos bacterianos na superfície interna do orifício das membranas 11, que se ficarem sem tratamento aumentariam a diminuição de pressão das referidas membranas 11. Um primeiro gás óxico, seleccionado entre o oxigénio e o ar e as misturas desses, é introduzido no fluxo pressurizado no sentido ascendente da unidade de separação 10 respectivamente nas entradas 12A ou 12B. Numa disposição o é fornecido oxigénio à entrada 12A e ar à entrada 12B. O primeiro gás óxico forma bolhas, às vezes referidas como bolhas "Taylor", na boca do orifício interno das membranas tubulares 11. O oxigénio pode ser fornecido, por exemplo, a partir de uma estrutura (não mostrada) para separar o ar por, por exemplo, absorção oscilante da pressão ou a partir de um recipiente de armazenamento (não mostrado) que contém o gás óxico líquido e preenchido com um evaporador em que o gás óxico pode ser fornecido à entrada 12A no estado gasoso. O ar pode ser fornecido a partir de um ventilador ou de um compressor de ar (não mostrado) para a entrada 12B. Enquanto as bolhas "Taylor" se movem no sentido ascendente dos orifícios internos das membranas 11 causam turbulência no seu rasto imediato o que limpa as superfícies das membranas 11 através da disrupção dos sólidos bacterianos acumulados na superfície do orifício interno. O primeiro gás óxico de lavagem passa através do orifício interno das membranas 11 e é dessa forma transportado para fora da unidade de separação 10 através da saída 16 pela corrente reciclada pressurizada. 14 A corrente reciclada pressurizada que contém bolhas do gás de lavagem passa através da conduta 18. A conduta 18 é tipicamente formada por tubagens de PVC ou de PEAD (polietileno de alta densidade) com um diâmetro interno de 200 mm (8 polegadas) . A conduta 18 também pode conter uma configuração criadora de turbulência, tal como um orificio de restrição, de forma a prevenir ou a limitar a coalescência das bolhas do gás de lavagem em bolsas separadas do gás. Também é vantajoso minimizar o comprimento da conduta 18 entre a saída 16 e a conduta 20 de forma a prevenir que as bolhas se unam. A bomba 8 pressuriza o fluxo tratado, transportando-o ao longo da conduta 6, suficientemente para que a corrente reciclada que sai da unidade de separação da membrana 10 passe através da conduta 18 a uma velocidade de 4-6 m/s.

Em relação à Figura 2, a conduta 20 pode ter a forma de um anel principal que, se desejado, pode ser submerso no volume do líquido no recipiente 4. A corrente pressurizada entra na conduta 20, formada por materiais e dimensões semelhantes à conduta 18, a uma velocidade que seja suficiente para impedir a constituição de sólidos bacterianos na conduta 20, por exemplo na escala de 0,6 m/s a 1,2 m/s. A conduta 20 está adaptada de forma a alimentar a corrente pressurizada para uma variedade ou para uma multiplicidade de condutas subsidiárias espaçadas 22A, 22B que geralmente dependem verticalmente delas próprias, em que cada uma dessas condutas é formada com um cotovelo ascendente 23 adjacente à conduta 20. Tipicamente cada conduta 22 é inferior a cinco metros de comprimento (mas podem ser mais ou menos, dependendo da profundidade do recipiente 4) e com um diâmetro entre 75 e 50 mm. Cada conduta subsidiária 22 pode ter um segundo gás óxico de 15 introdução do venturi 24, mostrado em maior detalhe na Figura 3, ai disposto numa região superior da mesma. Cada venturi 24 tem uma entrada 26 para introdução de um segundo gás óxico, tanto ar como oxigénio. As entradas 26A são dedicadas ao oxigénio, estando tipicamente ligadas à mesma tubagem de oxigénio utilizada para fornecer o oxigénio à entrada 12A e as entradas 26B são dedicadas ao ar, estando tipicamente ligadas à mesma tubagem de ar utilizada para fornecer o ar à entrada 12B. De preferência, há uma disposição das válvulas de forma que permita o fornecimento em qualquer instante tanto de oxigénio como de ar, ou dos dois em conjunto. Na Figura 3 é mostrada uma configuração apropriada para o venturi 24.

Em relação à Figura 3, o venturi 24 inclui um canal 120 formado por uma primeira secção geralmente convergente tal como, por exemplo, o cone truncado 122 e uma segunda secção geralmente divergente 124 (em que o fluxo da corrente pressurizada através do venturi na Figura 3 é da direita para a esquerda, conforme indicado pela seta). A primeira secção é fornecida com uma extremidade de saida 126 mais estreita do que a extremidade de entrada 128 da segunda secção 128 e a sobreposição das duas de forma a definir uma abertura anular 130 entre elas. É fornecida uma câmara de difusão 131 formada por uma parte da parede (na forma de, por exemplo, um tubo circular direito 132 que se estende entre as primeiras e segundas secções 122, 124) e das secções 122, 124 de forma a receber o gás através da entrada 26 e a dirigir para e através da abertura anular para a dissolução na corrente pressurizada que flui através do canal 120. A primeira e a segunda secções 122, 124 são axialmente móveis em relação ao tubo 132, por meio de rosca de parafusos 134, 136, de forma a variar o tamanho da 16 abertura anular 130 e dessa forma da área da secção transversal através da qual o gás pode fluir. A operação do venturi 24 é descrita no documento EP 673885 BI.

Fazendo novamente referência à Figura 2, cada conduta 22 tem uma tubagem em T descendente 29 na sua extremidade inferior na qual é recebido um ou mais bocais de saída 28 para a passagem da mistura de líquido-gás para o volume do líquido no recipiente 4. Cada bocal 28A, 28B tem um diâmetro de saída tipicamente na grandeza de 10 a 45 mm, i. e. muito mais pequeno do que o do diâmetro da conduta associada 22, onde a mistura de líquido-gás sai do bocal a uma elevada velocidade criando dessa forma turbulência, ajudando além disso à quebra ou ao corte das bolhas de gás óxico na mistura mesmo em bolhas menores que são consumidas de imediato ou que se dissolvem no corpo principal do líquido, fornecendo uma mistura intima dessas, e fornece a agitação para o corpo principal do líquido. Tipicamente, são fornecidos suficientes bocais 28 de forma que se mantenha um adequado grau de agitação dentro do recipiente principal sem ser necessário recorrer a agitadores mecânicos adicionais. Tipicamente os bocais 28 direccionam o líquido radialmente para dentro. Esta configuração confere, às bolhas do gás óxico, longos tempos de permanência no líquido dentro do recipiente 4 e ajuda a manter baixa a quantidade de oxigénio perdida para a atmosfera. 0 instrumento mostrado na Figura 1 pode, por exemplo, ser utilizado para tratar e clarificar 1 .000 m3 de água residual por dia ou múltiplos desse valor, com uma concentração de sólidos bacterianos aeróbicos de até 40 kg/m3, dissolvendo tipicamente até 5 toneladas de oxigénio 17 por dia ou múltiplos desse valor, e misturar, um volume de até 5.000 m3 ou múltiplos desse valor de uma água residual com um BOD de até 25.000 mg/1, e um COD de até 50.000 mg/1, que utiliza uma bomba 8 capaz de transportar entre 1.000 -2.000 m3 por hora de água à volta do instrumento a uma pressão de aproximadamente 2-7 bars absolutos.

Dentro do volume do liquido no recipiente 4 é fornecido uma variedade de dispositivos de monitorização do oxigénio dissolvido (OD) 34 e de dispositivos de monitorização do pH 32 (na Figura 1 está apenas indicado um dispositivo, mas podem ser utilizados múltiplos dispositivos). Ambos os dispositivos 32 e 34 são ligados a um dispositivo de controlo 36, que pode ser, por exemplo, um microprocessador ou um dispositivo de controlo de programação lógica. O dispositivo 36 também está ligado às entradas de gás 12A e 12B no sentido ascendente do separador de membrana 10 e das entradas de gás adicionais 26A e 26B. Também seria apropriado que os dispositivos 32 e 34 estivessem situados na conduta 6.

Ao aumentar a força do liquido aquoso no recipiente 4, os niveis de OD detectados pelo dispositivo 34 irão diminuir conforme as bactérias aeróbicas consumirem o oxigénio na degradação dos constituintes orgânicos de acordo com a Fórmula 1 acima. Para que as bactérias se desenvolvam é necessário que a necessidade de oxigénio seja satisfeita. A um predeterminado ponto de OD ou a uma necessidade de oxigénio o dispositivo de controlo 36 activa a entrada de gás 12A de forma a aumentar a taxa de fluxo do primeiro gás óxico, tipicamente oxigénio, fornecido no sentido ascendente do separador da membrana 10. Se a necessidade de oxigénio detectada for suficientemente elevada a taxa de 18 fluxo do gás óxico fornecida pela entrada 12A pode alcançar um limite que o separador 10 consegue processar antes que a sua capacidade para separar o fluxo pressurizado seja comprometida. Neste caso, o dispositivo de controlo 36 activa a entrada do gás 26A de forma a fornecer o gás óxico adicional à corrente pressurizada na conduta 22A para reabastecer o oxigénio necessário pelas bactérias aeróbicas no recipiente 4.

De forma inversa, quando a água residual foi tratada, ou tem força baixa, os níveis de OD aumentarão e dessa forma a necessidade instantânea detectada no recipiente diminuirá. Neste caso o dispositivo de controlo 36 ou irá diminuir a taxa de fluxo do oxigénio das entradas 12A e 26A ou irá activar as válvulas 12B e 26B para diluir, ou substituir, o oxigénio com ar de forma a reduzir custos decorrentes da estrutura.

Também é preferível submergir um sensor de temperatura 38 no volume do líquido no recipiente 4, ou na conduta 6, que em combinação com o dispositivo de controlo 36 permite a variação na solubilidade do oxigénio com temperatura e dessa forma altera a taxa de fluxo e/ou a proporção de ar e de oxigénio fornecido respectivamente à corrente ou às correntes pressurizadas. 0 sensor de temperatura 38 também pode ser utilizado para controlar o fornecimento de frio (ou de calor) ao recipiente 4 de forma a manter a sua temperatura num valor mais próximo ou dentro de uma escala mais próxima. O C02 formado na degradação dos constituintes orgânicos de acordo com a fórmula 1 dissolve-se na água para dar origem ao ácido carbónico que pode afectar de forma adversa as 19 bactérias aeróbicas. 0 dispositivo 32 é utilizado em conjunto com o dispositivo 36 para monitorizar e controlar o pH, e dessa forma também os níveis de ácido carbónico/ CO2 livre, na água. Durante a utilização, quando o dispositivo 32 detecta um pH inferior a 6,5 a água deve ser retirada, assim o dispositivo 36 actua nas entradas de gás, 12B ou 26B para introduzir ar no fluxo pressurizado de líquido tratado e/ou na corrente pressurizada respectivamente. A adição de ar causa a remoção ou a deslocação do volume do líquido no recipiente 4. Quando o pH se eleva até valores à volta de 6,9 o dispositivo 36 activa as entradas de gás 12B ou 2 6B de forma a reduzir a taxa de fluxo de ar. É preferível manter o pH entre 6,5 e 6,9 porque é bastante elevado para proteger os sólidos bacterianos e para permitir que o oxigénio se dissolva, enquanto fornece um fluxo pressurizado ligeiramente acídico de liquido tratado a partir do recipiente 4 de forma a prevenir e remover a proporção formada na superfície dos tubos da membrana 11. Há um número de estratégias de controlo alternativas às esboçadas acima. A estratégia de controlo escolhida pode depender da "força" da água a ser tratada. No general não será possível tratar adequadamente o afluente forte em que a única fonte de gás óxico é aquela fornecida no sentido ascendente do separador da membrana 10. Em vez disso será desejável fornecer um segundo gás óxico à corrente pressurizada na conduta 22 para parte ou para a totalidade do tratamento. Também se deverá ter em mente que uma das vantagens da clarificação da membrana sobre a clarificação por sedimentação natural por acção da gravidade é que a anterior permite mais elevadas concentrações de sólidos bacterianos em suspensão a serem utilizadas no recipiente 20 de tratamento 4. Como uma consequência, o tratamento no recipiente 4 pode ser intensificado em relação a um tratamento convencional com um aumento concomitante na necessidade de oxigénio pelo resíduo aquoso que é tratado e a maior taxa de formação de dióxido de carbono. O método e o instrumento de acordo com a invenção podem fornecer o oxigénio necessário não apenas através do primeiro gás óxico mas também através do segundo gás óxico. Além disso o segundo gás óxico pode ser seleccionado de acordo com o pH instantâneo detectado e a concentração de oxigénio dissolvido da água residual no recipiente 4. Se o pH estiver a um valor aceitável, digamos, não inferior a 6,5, o oxigénio pode ser fornecido às condutas 22A e aí ser dissolvido na água residual. Ao utilizar oxigénio em vez de ar, podem ser conseguidas taxas de transferência e/ou níveis de oxigénio dissolvido mais elevados. Quando o nível de oxigénio dissolvido for aumentado para um mínimo escolhido, o fornecimento de oxigénio à conduta 22A pode ser interrompido ou reduzido e é de preferência fornecido ar às condutas 22B. Se o pH cair abaixo de um valor mínimo escolhido, nomeadamente 6,5, então a taxa de fornecimento de ar à água residual no recipiente 4 é aumentada. Assim, ao aumentar a taxa de fornecimento de ar, aumenta a taxa em que o dióxido de carbono dissolvido é expulso da solução e dessa forma aumenta novamente o pH. No caso de se detectar uma baixa condição de pH quando o oxigénio está a ser fornecido como o segundo gás óxico, o fornecimento de oxigénio é interrompido, e inicia- se o fornecimento de ar à sua taxa mais elevada. De acordo com isso, ao se alterar entre o oxigénio e o ar como o segundo gás óxico, e variando a sua taxa de fornecimento, pode-se manter a adequada concentração de oxigénio dissolvido e níveis de pH na água residual que está a ser tratada. Se for adoptado 21 essa estratégia de controlo, é conveniente fornecer o primeiro gás óxico a uma taxa constante e a uma composição constante.

Se desejado, podem ser empregues sistemas de controlo mais sofisticados. Por exemplo, as mínimas e máximas concentrações de oxigénio dissolvido podem variar de acordo com a temperatura detectada da água a ser tratada. Num outro exemplo, a taxa de fornecimento do gás óxico pode ser adicionalmente alterada em resposta à taxa de mudança nas concentrações de oxigénio dissolvido.

Embora seja vantajoso a utilização da corrente reciclada pressurizada como a corrente em que o segundo gás óxico é introduzido, obviando dessa forma a necessidade de ser introduzida uma corrente separada de água pressurizada no volume da água no recipiente, em determinadas situações, por exemplo durante a manutenção do separador da membrana 10, ao longo da conduta 52, pode ser transportada uma corrente pressurizada adicional, desde o fluxo pressurizado do líquido tratado na conduta 6, até à conduta 20.

Será de entender que a reciclagem dos sólidos bacterianos para o recipiente 4, que é uma característica inerente do método e do instrumento de acordo com a invenção tende a acumular estes sólidos. Como um resultado, os sólidos bacterianos são de preferência descarregados, de tempos a tempos, a partir do recipiente 4 através de uma saída 50 e a lama assim resultante descarregada ou é incinerada ou sujeita a uma digestão da lama ou outro processo de tratamento do género bem conhecido na técnica.

Lisboa, 12 de Maio de 2010

Claims (16)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método para o tratamento de líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, que inclui as etapas de: recepção de um fluxo de líquido num recipiente; redução da necessidade de oxigénio de um volume do líquido no recipiente através do tratamento com os sólidos bacterianos aeróbicos em suspensão na presença de oxigénio dissolvido; transporte de um fluxo pressurizado do líquido tratado desde o recipiente até um separador da membrana clarificante, em que o fluxo pressurizado contém sólidos bacterianos aeróbicos em suspensão, e em que o separador da membrana contém uma disposição das membranas capaz de clarificar o fluxo pressurizado; separação do referido fluxo pressurizado por meio do separador da membrana para i) uma corrente reciclada pressurizada concentrada em sólidos bacterianos aeróbicos e para ii) uma corrente de descarga do líquido límpido; lavagem das membranas com um primeiro gás óxico, seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, em que o primeiro gás óxico é afastado do separador da membrana na corrente reciclada pressurizada; retorno da corrente reciclada pressurizada para baixo da superfície do volume do líquido no recipiente, pelo que a corrente reciclada fornece pelo menos algum do oxigénio que é aí dissolvido; introdução de um segundo gás óxico seleccionado a partir do ar e do oxigénio e das misturas desses na corrente reciclada pressurizada e/ou numa corrente 2 pressurizada adicional do liquido aquoso que flui no referido volume, e controlando a taxa total de introdução dos primeiros e segundos gases óxico em relação ao pH e à concentração de oxigénio dissolvido do referido volume do liquido aquoso.

2. Um método de acordo com a reivindicação 1, em que a fracção de mole de oxigénio molecular no primeiro e/ou no segundo gás óxico é variável em relação ao pH e/ou à concentração de oxigénio dissolvido do referido volume do líquido.

3. Um método de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, em que as bolhas dos primeiros e segundos gases óxicos são formadas na corrente ou nas correntes líquidas aquosas pressurizadas, em que a corrente ou as correntes estão sob pressão suficiente e a uma velocidade suficiente que quando a referida corrente ou correntes incorpora o volume do líquido no recipiente as bolhas do gás óxico referida se dividem em bolhas mais pequenas.

4. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a introdução da corrente ou correntes pressurizadas no volume do líquido causa agitação suficiente para manter os sólidos em suspensão.

5. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o fluxo do líquido tratado, a corrente ou as correntes são pressurizadas por meio de uma bomba. 3

6. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que o primeiro gás óxico é fornecido a uma taxa constante.

7. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o segundo gás óxico inclui pelo menos um primeiro fluxo de oxigénio e pelo menos um segundo fluxo de ar.

8. Um método de acordo com a reivindicação 7, em que as taxas de fluxo relativas do primeiro fluxo de oxigénio e do segundo fluxo de ar são variadas em relação à concentração de oxigénio dissolvido instantânea detectada.

9. Um método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, em que as taxas de fluxo relativas do primeiro fluxo de oxigénio e do segundo fluxo de ar são variadas em relação ao pH do referido volume do liquido aquoso.

10. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o volume do liquido no recipiente é mantido a um pH de 7 ou inferior.

11. Um método de acordo com a reivindicação 10, em que o volume do liquido no recipiente é mantido entre um pH de 6,9 e um pH de 6,5.

12. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o separador da membrana inclui as membranas porosas tubulares cruzadas do fluxo. 4

13. Um método de acordo com a reivindicação 12, em que cada membrana tem um orificio com uma face porosa interna e uma face porosa externa, existindo ai um gradiente do diâmetro crescente do poro a partir da face porosa do interna orificio até à face porosa externa.

14. Um método de acordo com alguma das reivindicações precedentes, em que os sólidos bacterianos aeróbicos são mesofilicas.

15. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que os sólidos bacterianos aeróbicos são termofilicos.

16. Um instrumento para o tratamento de líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, que inclui, um recipiente de tratamento para recepção de um fluxo de líquido aquoso que tem uma necessidade de oxigénio, meios para dissolver o oxigénio no referido líquido na presença das bactérias aeróbicas de forma a reduzir a necessidade de oxigénio de um referido volume de liquido, meios para transportar um fluxo pressurizado do líquido tratado, contendo sólidos bacterianos aeróbicos, desde o recipiente ao longo de uma conduta até um separador da membrana capaz de clarificar o líquido tratado referido até uma corrente reciclada pressurizada, concentrada em sólidos bacterianos aeróbicos, e uma descarga de líquido límpido, meios para introduzir um primeiro gás óxico, seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, até ao referido separador da membrana de forma a limpar o referido separador da membrana, uma conduta para transportar a referida corrente reciclada pressurizada e 5 o primeira gás óxico referida de volta para baixo da superfície do volume de líquido aquoso que tem a necessidade de oxigénio no recipiente, meios para introdução de um segundo gás óxico, seleccionado a partir do oxigénio e do ar e das misturas desses, para a conduta para transportar a referida corrente reciclada pressurizada e escoando o primeiro gás óxico referido de volta para baixo da superfície do volume do líquido aquoso que tem a necessidade de oxigénio no recipiente e/ou para uma conduta para transportar uma corrente pressurizada adicional de líquido aquoso que flui para o referido volume de líquido aquoso que tem necessidade de oxigénio no recipiente e em meios para controlar a taxa total de introdução dos primeiros e segundos gases óxicos em relação ao pH e à concentração de oxigénio dissolvido do referido volume do líquido aquoso. Lisboa, 12 de Maio de 2010 1/3

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