PT85836B

PT85836B - Processo de purificacao, por via biologiga, de aguas residuais sobre leito de material granular

Info

Publication number: PT85836B
Application number: PT85836A
Authority: PT
Inventors: Gilbert Desbos
Original assignee: Omnium Traitement Valorisa
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1990-07-31
Also published as: ES2013770B3; JPS63171697A; CA1326078C; US4800021A; EP0265303B1; DE3761970D1; EP0265303A1; FR2604990A1; JPH0450880B2; PT85836A; FR2604990B1

Description

' A presente invenção refere-se ao domínio da depuração por via biológica das águas residuais tais como nomeadamente as águas de esgotos urbanos, as águas de esgotos industriais e eventualmente, as águas das redes de distribuição 4e água que se pretende tornar potáveis.

Sabe-se que o tratamento biológico, por exemplo, da água, consiste em degradar as impurezas inorgânicas por acção duna biomassa de depuração livre ou fixa e que contém microrganismos diversos; baterias, leveduras, protozoários, metazoários, etc.. No processo com biomassa livre, por acção de lamas activadas, há a impossibilidade de se concentrar am grande número as diversas espécies de microrganismos, pouco decantáveis, na medida em que a concentração da biomassa se realiza por decantação; o processo é portanto limitado relativamente à carga possível de BOD (biological oxigen demand - necessidade de oxigénio biológico) e de COD (chemical oxygen demand - necessidade de oxigénio químico). Nos sistemas de biomassa fixa, a concentração da biomassa (com as bactérias) faz-se por fixação num suporte. A capacidade de decantação deixa então de ser o critério primordial e esta técnica possui um potencial de depuração muito superior ao dos processos convencionais.

A invenção situa-se no domínio da depuração biológica com a biomassa fixa, vantajosamente com um leito granular fixo num reactor biológico que desempenha assim o papel de agente filtrante que retém as lamas em excesso produzidas no próprio interior do reactor assim como as matérias em suspensão presentes no efluente a tratar. 0 reactor é lavado periodicamente para eliminar as lamas em excesso e as matérias em suspensão que se acumulam.

í Entre os processos com melhores rendimentos baseados no princípio de depuração com biomassa fixa, recorda-se o processo designado Biocarbone” (marca registada)

desenvolvido pela Requerente e que consiste essencialmente em fazer percolar a água a tratar, de cima para baixo, através dum leito submerso e fixo de material filtrante granular com insuflação de corrente gasosa oxigenada num nível intermediário do leito, em condições bem determinadas e críticas de débito de água, de débito de gás oxigenado, natureza e constituição do leito, quantidade de poluição a eliR minar, etc. (ver por exemplo, as patentes francesas N^. [ 76.21245, public. Νδ. 2 358 362 e Νδ, 78.30232 public. NS.

439 749, assim como as respectivas patentes correspondentes depositadas no estrangeiro).

Um dos objectivos da presente invenção consiste em proporcionar um processo, inspirado na técnica acima mencionada de filtração arejada através duma massa granulosa, capaz de tratar directamente, após uma simples passagem através duma rede, uma água residual bruta sem necessidade duma operação preliminar de decantação primária.

Outro objectivo visado pela invenção, e entre outros que serão evidenciados no decurso da descrição, consiste na realização de economias no gás oxigenado de arejamento e no volume de água necessário para efectuar a lavagem do filtro, mantendo a possibilidade de tratar com grande eficácia uma água que contém fortes cargas de poluição, por o exemplo, correspondendo a pelo menos 15 kg de COD/m de leito/dia.

De acordo com a característica fundamental do processo da invenção, o tratamento de purificação efectua-se num reactor único em que a água a tratar atravessa de baixo para cima a massa de material granular (ou leito filtrante) constituído por duas regiões sucessivas; uma primeira zona do tipo de condições anaeróblcas e depois uma segunda zona, por cima da primeira, do tipo de condições aeróbicas em que se injecta um gás oxigenado para o arejamento.

Na descrição que se segue, entende-se por zona anaeróbica” uma região do reactor desprovida de oxigénio livre e que é alimentada por um afluente de água a tratar, isenta de nitrato, que pode ser denominada ”acidogénica” quando as moléculas hidrocarbonadas contidas no afluente são transformadas em ácidos gordos.

Quando se examina a técnica anterior conhecida, encontram-se na realidade descrições de processos em que se evocam, muitas vezes a título de variantes, medidas tais como injecção da água num ou vários leitos fixos, introdução de ar em diversos pontos do leito, utilização duma zona anaeróbica para a filtração, mas em nenhum caso foi sugerida ou descrita uma técnica que combine os parâmetros e fases operatórias críticas tais como são sugeridas pela presente invenção.

_; De acordo com uma forma de realização vantajosa do processo geral tal como se definiu acima, o leito de matéria] granular é do tipo de camadas múltiplas cujas granulometrias são decrescentes de baixo para cima. Por exemplo, a título preferencial mas não limitativo, o material filtrante pode compreender, de baixo para cima, uma primeira camada com uma granulometria de 20 a 60 mm (por exemplo, calhaus) com uma espessura de pelo menos, 15 cm; uma segunda camada com a gra·· nulometria de 6 a 10 mm com uma espessura de, pelo menos, 40 cm e depois uma camada superior com a granulometria de 1 a 4 nm com uma espessura de, pelo menos, 50 cm. Além do suporte acima mencionado de calhaus (ou outros), o produto filtrante pode ser constituído por, por exemplo, um dos seguintes produtos ou suas misturas: xistos, argilas, carvão activo, areia, materiais plásticos expandidos, podendo as densidades destes produtos (ou duma parte deles) ser superio res ou inferiores à da água.

Na prática, as espessuras médias das camadas, por

exemplo, quando se utilizam três camadas como se referiu acima, variam, na maior parte das vezes, entre 25 e 40 cm para a camada inferior, entre 65 e 85 cm para a camada intermédia e entre 60 cm e 2 m para a camada superior, isso para um reactor com cerca de 3,5 m.

Na gradação dos diâmetros de partículas escolhidos, tal como se definiu acima e, duma maneira geral para uma boa marcha do processo, os interstícios dos grãos escolhidos para^f as camadas inferiores evitam a penetração nos grãos da camada superior. No decurso da depuração em leito fixo, não se produz portanto a mistura das camadas de materiais granulares e pode-se assim manter, de acordo com uma finalidade essencial da presente invenção, duas populações biológicas sobrepostas cujos efeitos diferentes, respectivamente característicos dum meio aeróbico e dum meio anaeróbico se tornam então complementares quanto à depuração.

Graças à pré-filtração, de acordo com a presente invenção, na zona de anaeróbia baixa,.designada igualmente acidogénica, em que as matérias orgânicas complexas da água bruta são transformadas em ácidos gordos voláteis, obtém-se uma série de vantagens entre as quais se pode mencionar de maneira particular as seguintes:

- uma apreciável economia do fornecimento de oxigénio neceèsário à filtração arejada na zona superior de aerobia onde- termina a depuração·,

- uma diminuição importante da DCO de origem que pode atingir 40 a 50% (em peso) assim como uma boa retenção das matérias em suspensão;

- uma cinética de oxidação biológica, na zona de filtração arejada, sensivelmente mais rápida devido ao facto de se efectuar a transformação prévia das poluições orgânicas na zona acidogénica,

por esse motivo, existe a possibilidade, como já se citou acima, de se admitir cargas aplicadas de COD muito importantes, por exemplo, que vão até 30 kg/m³ de leito/dia, graças à sobreposição numa única operação, de acordo com a invenção, das duas filtrações biológicas sucessivas nas duas zonas bem definidas.

A este respeito, note-se que a última fase da metanação (transformação dos ácidos gordos em metano) por bactérias B^etanogénicas, clássica no caso dum tratamento simples em anaeróbia, é no presente caso substituída parcial ou completamente por uma depuração aeróbica e transformação dos ácidos gordos e moléculas orgânicas mais simples em co₂.

: De acordo com a presente invenção, o gás oxigenado como, por exemplo, ar eventualmente enriquecido em oxigénio é injectado ao nível que se escolheu como limite superior da zona anaeróbica. Na prática, no caso acima mencionado dos leitos de camadas múltiplas, o ponto de injecção pode corresponder sensivelmente ao terço inferior ou a metade da espessurã. total do leito granular. Este ar, cuja velocidade é geralaente mantida entre 5 e 40 m/ho^a quando a corrente <· fluidp e contínua, pode por um lado ser? distribuída por vários pontos na zona superior aeróbica e, por outro lado, ser injectado de maneira intermitente, segundo cadências escolhidas pelos técnicos no assunto em função da poluição da água a tratar. Na prática, as quantidades de ar variam geralmente entre 10 e 40 m N/h/kg cLe DBO aplicado. Por outro lado, de acordo com uma variante utilizável no quadro do processo de acordo com a presente invenção, pode-se introduzir' intermitentemente gás oxigenado, precisamente antes da purga que evacua a biomassa em excesso pela parte inferia!' do filtro tendo em vista reduzir, caso assim se pretenda, a taxa de fósforo no efluente tratado.

A água tratada de acordo com a presente invenção e normalmente evacuada por descarga na parte superior do reactor. Todavia é também possível retirá-la, pelo menos em parte, ligeiramente abaixo do nível superior do leito filtrante.

A lavagem dos filtros efectua-se geralmente por alimentação simultânea de ar e água (com velocidades de 25 a 100 m/h) seguida por uma lavagem apenas cora água com uma velocidade de 20 a 120 m/h. Além disso, é fundamental que, no decurso do tratamento, se elimine em parte a biomassa retida nas camadas inferiores do filtro por melo de descargas programadas no sentido de cima para baixo da água contida no leito de filtração de maneira a conservar uma quantidade óptima de biomassa activa no filtro em função da poluição contida no afluente a tratar.

Em certos casos, pode ser vantajoso prever a adição duma pequena quantidade de agente coagulante à água bruta antes da sua introdução no sentido ascendente nas duas zonas de filtração. Para este efeito, pode-se utilizar qualquer dos produtos conhecidos para esse efeito, tais como sulfato de alumínio, sal férrico, polímeros orgânicos, etc..

Na descrição seguinte relativa a exemplos não limitativos de exemplos de realização e de ilustração dum dispositivo para a realização prática do processo de acordo com a presente invenção, encontram-se referidos outros pormenores íb parâmetros operatórios.

Exemplos de realização

Para numerosos ensaios efectuados, dos quais se descrevem alguns a título ilustrativo, utilizou-se um reactor piloto de forma tubular de diâmetro igual a 45 cm e com cerca de 3,60 m de altura cujo esquema simplificado está re-

presentado na Figura 1 (única) anexa.

leito granular de filtração era constituído sucessivamente, de baixo para cima, a partir da grelha (1) por uma primeira camada A de calhaus com 30 a 40 mm de diâmetro e com uma espessura igual a cerca de 30 cm; uma segunda camada B de saibro com o diâmetro compreendido entre 6 e 8 mm e com a espessura igual a cerca de 70 cm; e uma terceira camada C de xisto expandido com o diâmetro dos grãos compreendido entre 2 e 5 mm e com a espessura igual a cerca de 1 m.

gás oxigenado, no caso presente ar, era enviado por meio do distribuidor perfurado (2) situado a um nível determinado como limite superior da zona de condições anaeró bias X, ficando evidentemente a zona em condições aeróbias situada acima do distribuidor (2). Ho presente caso, a injecção de ar efectuava-se a cerca de 1 metro acima do fundo do reactor, na parte inferior da terceira camada granular C.

A agua a tratar era introduzida no reactor que percorre n0 sentido de baixo para cima, por intermédio da canalização (3); a água depurada era evacuada pela descarga superior (4) no topo do reactor ou, de acordo com uma varian te, pela canalização (5) situada precisamente abaixo do nível superior da camada C de xisto. A água de lavagem do fil3ίί·^; tro era enviada pela tubuladura (6) enquanto a canalização (7) realiza a evacuação das descargas periódicas de água, de cima para baixo em relaçao ao filtro, empregando a água contida dentro deste para eliminar a biomassa.

A) De acordo com uma primeira série de ensaios, tratou-se uma água residual urbana (afluente que é alimentado através de (3)), previamente passada através duma grelha e isentada de areias, com as seguintes características àktJI .

DCO:

DBO:

MES:

tes:

m/h

As condições

- velocidade

550

200

250

a 650 a

250

350 gerais de funcionamento eram as seguin ascendente da água a tratar: 2 m/h do ar injectado através de (8): 6 a

- carga aplicada: 14 kg de DC0/m³ de material/dia

- descarga de água (purga) durante 4 a 5 segundos para baixo do filtro, todas as 6 horas aproximada- que corresponde a cerca de 1 % da produção de água filtro, todas as 48 horas do ar igual a cerca de de alto mente, depurada;

- lavagem ascendente do aproximadamente, com velocidades m/h e da água igual a cerca de 80 m/h seguida de enxaguamento com água a uma velocidade igual a cerca de 80 m/h, sendo a duração total das lavagens e enxaguamentos igual a aproximadamente 10 minutos.

Esse tratamento da cesso da presente invenção, da cuja BOI) tinha diminuído tinham diminuído para 25 mg/1· água bruta, de acordo com 0 propermitiu obter uma água depurapara 80 mgA enquanto os M.E.S.

.Como variante, na realização de alguns ensaios, introduziu-se um segundo distribuidor de ar no nível indicado pela seta (9) e verificou-se que, em certos casos, se obtinham resultados ligeiramente melhores.

A título ilustrativo, na Tabela 1 indicam-se os efeitos que se obtiveram com uma única zona anaeróbica X usando oe tratamentos efectuados como se indica; neste quadro, todes os números indicados correspondem a mgA· . Jl

Tabela 1

Água bruta Água à saída da zona de regime anaeróbico (ou acidogénica)

cod total	550	330
COD dissolvida	280	230
M.E.S.	260	90
M (de NHp	42	45
P total	11	10,8
Ortofosfatos	8,5	12,9
Ácidos gordos voláteis	12	55

Como se pode constatar, na zona anaeróbica e sem gastos de energia de arejamento, são retidos cerca de 40 $ da DCO, 65 % das M.E.S. (uma decantação primária apenas elimina na melhor das hipóteses 50 $); além disso, o teor de amoníaco aumenta ligeiramente devido à mineralização do azoto orgânico e sobretudo uma parte importante da poluição orgânica foi transformada em ácidos gordos voláteis.

B) Be acordo com uma outra série de experiências, procurou-se realizar o tratamento igualmente do azoto do amoníaco por nitrificação simples do NHy

Operou-se no reactor representado, com o mesmo tipo de leito granular mas com uma altura total do leito igual a 3 m (em vez de 2 como anteriormente) cuja terceira camada fina tem uma espessura de 2 m em vez de 1 m). As condições gerais eram as mesmas que no caso do Exemplo 1 mas com os valores Seguintes:

- na água bruta: DCO: 600 mg/1

N (de :ra₃): 30 mgA

- carga >plicada de COD: 10 kg/m³ de leito/dia ki.. . . ..........Jl r · ·

- carga aplicada de N de 0,48 kg/m^ de leito/dia

- velocidade ascendente da água bruta: 2 m/h

- velocidade do ar de distribuição (2): 17 m/h

A água tratada tinha as seguintes características:

- DCO: 60 mg/1

- N (de NH₃): 5 mg/1

- N (de I0₃): 14 mgA

Claims

REIVINDICAÇÕES

13. - Processo de purificação, por via biológica, de águas residuais de acordo com o princípio do leito imerso e fixo de material granular, com arejamento pelo menos parcial da biomassa, caracterizado pelo facto de, num único reactor, se fazer passar a água a tratar de baixo para cima através duma massa de material granular que compreende, em primeiro lugar, uma zona de condições anaeróbias e depois uma segunda zona superior de condições aeróbias em que se injecta um gás oxigenado.

23. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a massa de material granular ser constituída por um filtro de várias camadas cujas granulometrias são decrescentes de baixo para cima.
3^S, - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o filtro compreender, de baixo para cima, uma primeira camada com a granulometria compreendida entre 20 e 60 mm com uma altura de pelo menos 15 cm; em seguida, uma segunda camada com a granulometria compreendida entre 6 e 10 mm com uma altura de, pelo menos, 40 cm; e uma camada superior com a granulometria compreendida entre 1 e
4 mm com uma altura de, pelo menos, 50 cm.

41 Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de se injectar o gás oxigenado, de maneira contínua ou intermitente, num ou vários pontos, por cima da camada anaeróbia ou de anoxia.
5-. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o material granular compreender, além duma camada inferior de calhaus (20 a 40 mm) que serve de suporte, pelo menos, a um dos produtos escolhidos de entre o grupo constituído por xisto, argila, carvão activo, areia, matérias plásticas expandidas, podendo as densidades dos referidos produtos ser superiores ou inferiores à da água.
6®. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações la 5, caracterizado pelo facto de se evacuar a água tratada do reactor quer por descarga superior quer por descarga ligeiramente abaixo do nível superior do leito.
7®. _ processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de, no decurso do tra tamento, a biomassa em excesso ser eliminada por uma descarga brutal, de alto para baixo, da água contida no leito filtrante, para se obter uma relação óptima entre a poluição gue entjçe (medida em DCO = necessidade de oxigénio químico) e a biomassa activa.
8®. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações la 7, caracterizado pelo facto de 0 gás oxigenado ser enviado de maneira intermitente à parte inferior do filtro com 0 fim de reduzir 0 teor de fósforo do efluente trata do.
9®. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de, antes da entrada ascendente no reactor, se adicionar num agente coagulante à água a tratar.
10®. - Processo de acordo com qualquer das reivindi· caçoes 1 a 9, caracterizado pelo facto de se proceder perio dicamente a lavagens com correntes de ar e de água a velocidade de 25 a 100 m/h seguidas por um enxaguamento final com água depurada com velocidade compreendida entre 20 e 120 m/h.