PT96213A - Reactor e processo biologico de nitrificacao aerobia de efluentes que utiliza um suporte de biomassa nitrificante e processo de eliminacao de compostos azotados - Google Patents
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Description
ATOCHEM "REACTOR E PROCESSO BIOLÓGICO DE NITRIFICAÇÃO AERÕBIA DE EFLUENTES QUE UTILIZA UM SUPORTE DE BIOMASSA NITRIFI-CANTE E PROCESSO DE ELIMINAÇÃO DE COMPOSTOS AZOTADOS" A presente invenção refere-se a um processo de tratamento de águas residuais que visa eliminar o azoto amoniacal (ou ião ΝΗ^*) em fortes concentrações.
Sabe-se que o azoto amoniacal participa no desenvolvimento de algas, o que pode originar a eutrofização de rios ou de lagos, è tóxico para a fauna aquática, acelera a corrosão de condutas, em particular das condutas de cobre, e provoca o aumento das necessidades de cloro e dos tempos de contacto necessários para a esterilização correcta das águas a potabilizar.
Existem vários métodos de eliminação do azoto amoniacal, entre os quais se podem distinguir : os métodos de tratamento físico-químico das águas residuais tais como a oxido-redução do azoto amoniacal, a extracção dos compostos azotados por precipitação, a permuta de iões ou o arrastamento com vapor de água; V.
V. 'V -2- os métodos de tratamento biológico em que os microrganismos asseguram a nitrificação aeróbia do azoto amoniacal.
Por "nitrificação de iões NH^+", entende-se a oxidação dos iões NH^+ com obtenção de iões nitrito (NC^-) e/ou de iões nitrato (NO^-) e, eventualmente, a oxidação dos iões nitrito com obtenção de iões nitrato.
Por "nitrificação biológica aeróbia", entendem-se as reacçÕes de oxidação, tais como se definiram antes, que se desenrolam na presença de ar e/ou de oxigénio ou de microrganismos (bactérias, etc.) na presença de oxigénio, que garantem a referida oxidação. A biomassa mais correntemente utilizada é constituída por uma mistura de bactérias nitritantes (por exemplo, nitro-somas) e por bactérias nitratantes (por exemplo, nitrobacter).
Podem igualmente utilizar-se bactérias nitrificantes, entre as quais podem citar-se os arthrobacter globiformis, os aspergillus flavus e os aspergillus ventii.
Nos processos biológicos de nitrificação aeróbia, prefere-se em geral fixar os microrganismos ou a biomassa num suporte sólido sob a forma granular, o que permite atingir maiores concentrações de biomassa no reactor e evitar que as -3-
bactérias demasiadamente leves sejam arrastadas para fora do reactor.
Os suportes conhecidos são inertes em relação â activi-dade nitrificante da biomassa, isto é, não participam na nitrifi-cação.
Podem citar-se os suportes à base de carvão activado, de terras de diatomáceas, de areia, de cerâmica e de pérolas de vidro.
Os suportes de biomassa preparados pela requerente encontram-se igualmente sob a forma de granular, mas desempenham o papel de substrato da massa nitrificante, isto é, são consumidos durante a nitrificação. São à base de carbonato sólido ou de carbonatos sólidos nas condições de nitrificação e podem ser de origem natural ou não; podem citar-se CaCO^, MgCO^, dolomite, calcário, coral e, de preferência, maêrl (qualidade de areia marinha). 0 maêrl, de custo pouco elevado, não se desagrega facilmente devido â sua elevada resistência mecânica e permite uma boa ancoragem dos microrganismos.
-4- F>V 0 suporte de biomassa de acordo com a presente invenção pode ser utilizado em todos os processos de nitrificação aeróbia de efluentes aquosos em substituição de suportes inertes.
Após a introdução do suporte no reactor onde se desenrola a nitrificação dos efluentes, realiza-se a sementeira do mencionado suporte com a biomassa.
Para esse efeito, podem retirar-se, por exemplo, as bactérias nitrificantes "em actividade" de um reactor de nitrificação . A fim de acelerar o processo de sementeira da biomassa, em geral adicionam-se aos efluentes elementos nutritivos sob a forma líquida necessários ao crescimento e/ou à conservação dos microrganismos até à fixação de uma camada suficientemente espessa dos citados microrganismos sobre o suporte, que se designa por "lama".
Entre os elementos nutritivos, podem citar-se fosfatos, magnésio, ferro, cobre e certos aminoácidos.
As necessidades de oxigénio da nitrificação são parcial_ 2- mente suportadas pela presença de CC^ (HCO^ , CO^ ), sendo a parte restante fornecida por meio de uma operação de arejamento (ou oxigenação) dos efluentes a nitrificar, por exemplo por -5- Λ espalhamento de ar (ou oxigénio) directamente no reactor ou efectuando o arejamento (ou a oxigenação) exterior dos efluentes antes da sua introdução no reactor de nitrificação (pré-arejamento) . 0 suporte e as lamas nitrificantes podem constituir um leito fixo, mas as trocas com os efluentes são pouco numerosas e, portanto, pouco eficazes.
Prefere-se colocar o leito em expansão, por exemplo por meio da reciclagem dos efluentes sob a forma de um fluxo ascendentes através do fundo do reactor. A velocidade de fluidização não deve ser demasiadamente elevada, porque, caso contrário, as lamas podem ser arrancadas do suporte e evacuadas para fora do reactor.
Fala-se antes de leito agitado quando a expansão volú-mica é inferior a 30% do seu volume em repouso e de leito flui-dizado quando ela é superior a 30%.
No quadro do processo de nitrificação aeróbia de acordo com a presente invenção, prefere-se vantajosamente o leito fluidizado. -6- 0 processo de nitrificação é particularmente apropriado para efluentes cuja concentração em está compreendida entre 15 e 500 mg/litro.
Em geral, as águas dos rios tim teores de NH^+ da ordem de lmg/litro, as águas residuais urbanas contêm algumas dezenas de mg/litro, as águas industriais residuais, nomeadamente as das indústrias química e agroalimentar, podem conter diversas centenas de mg/litro de NH^+, ou mesmo alguns gramas/litro.
Quando os efluentes são muito ricos em NH^+ (concentração superior a 100 mg/litro), é preferível prever a reciclagem dos efluentes para o reactor. A reciclagem dos efluentes pode assegurar vantajosamente a expansão do leito. 0 desenvolvimento e o crescimento da biomassa nitrifi-cante necessitam de um pH básico, compreendido geralmente entre 7 e 9, mas verificou-se que os microrganismos podem também desenvolver-se a um pH próximo de 6.
Em geral, a temperatura operatória está compreendida entre 5o C e 30° C, aumentando o crescimento das bactérias com a temperatura. -7-
Podem distinguir-se dois modos de funcionamento do reactor : para um curto tempo de permanência das águas no reactor, a reacçao química mais importante e a nitrificação do amoníaco $ para um tempo de permanência elevado das águas dentro do reactor, há a nitritação do amoníaco, seguida pela nitra-tação. A requerente descobriu igualmente que uma concentração importante de biomassa no reactor favorece a nitratação do amoníaco, enquanto uma concentração mais fraca favorece a nitritação.
Atendendo a que o carbonato desempenha o papel de substrato para a biomassa, o suporte de acordo com a presente invenção é consumido a medida que se realiza a nitrificação dos efluentes.
Portanto, é preciso ter os cuidados necessários para que o substrato esteja presente em uma quantidade suficiente, por um lado, para poder suportar a biomassa e, por outro lado, para que a velocidade de nitrificação dos efluentes não diminua de maneira significativa. -8-
Para isso, pode associar-se, por exemplo, um processo de nitrificação de acordo com a presente invenção com um processo de desnitrificaçao biológica no qual a actividade bacteriana produz nódulos de carbonato de cálcio que podem servir de suporte â biomassa nitrificante. Numa tal instalação, o reactor de desnitrificação fica situado a montante e o reactor de nitrificação a jusante, de tal maneira que este utiliza o carbonato de cálcio produzido durante a desnitrificação, simultaneamente como suporte e como substrato da biomassa.
Os Exemplos seguintes ilustram a invenção sem, no entanto, a limitarem.
EXEMPLOS EXEMPLO 1
A. DESCRIÇÃO DA INSTALAÇÃO 0 reactor de nitrificação biológica é constituído por uma coluna B com um metro de altura e 8 centímetros de diâmetro, a que se segue o decantador D montado superiormente.
Os efluentes são introduzidos na parte inferior da coluna B e uma parte é recirculada através do fundo da coluna. -9- 0 pré-arejamento dos efluentes efectua-se numa coluna A, idêntica â coluna B, na qual se introduz ar pelo fundo da coluna e se recuperam os efluentes depois da destruição das bolhas num dispositivo de destruição de bolhas G, uma parte dos quais alimenta o reactor de nitrificação biológica, sendo a outra parte reciclada para a coluna de arejamento A (veja-se a Figura 1).
B. ENCHIMENTO E SEMENTEIRA DO REACTOR
Introduzem-se 14 gramas/litro de maérl de granulometria compreendida entre 0,05 e 0,20 milímetros, ou seja 70 gramas. 0 maérl é um carbonato misto de cálcio e de magnésio.
Retiram-se 4,5 gramas de biomassa de um reactor de nitrificação biológica em actividade e depois alimenta-se o reactor com uma solução de alimentação que contém 40 mg/litro de (NH^43 mg/litro de KHCO^, 37 mg/litro de K^CO^ e 2 mg/litro de P sob a forma de KPL^PO^.
Ao fim de dez horas, o reactor de nitrificação está em regime estacionário. c.
RESULTADOS DO FUNCIONAMENTO CONTÍNUO
Mede-se a velocidade de reciclagem Uo (em mh), o débito de alimentação do reactor Q (em 1/h), o débito de reciclagem (RQ (em 1/h) e a quantidade de biomassa no seio do reactor Bi (em g/1).
Medem-se as concentrações iniciais em amoníaco (expressas em mg/1 de azoto) : no seio do reactor : N-(NH,+) 4 o
<N-NH4+)0 + R x N-(HH4+)f 1 + R â entrada do reactor : (h-nh4+)o e as concentrações dos efluentes em NH^, e NO^"" (expressas em mg/1 de azoto) : N-(NH4+)f, N-(N02_)f e N-(N03")f, sendo o teor de N02 medido de acordo com a norma NF T 90-013 e o teor de NO^-medido de acordo com a norma NF T 90-012. -11-
Os resultados estão indicados no Quadro. 0 reactor é utilizado em leito fluidizado (velocidade de reciclagem compreendida entre 4 e 8 m/h).
Estuda-se o funcionamento do reactor para concentrações iniciais de amoníaco compreendidas entre 20 e 500 miligramas/ /litro.
Nota-se que, para uma concentração inicial de amoníaco da ordem de 25 mg/1 e uma taxa de reciclagem de cerca de 7, se obtém a nitrificação total do amoníaco. Para uma concentração inicial de amoníaco da ordem de 25 mg/1 e uma taxa de reciclagem de cerca de 2, obtém-se uma boa eliminação de NH^+ com formação maioritária de NO^ , o que permite o funcionamento do referido reactor acoplado ao reactor de desnitrificação. EXEMPLO 2
Utiliza-se um reactor com um volume de 60 litros e com 2 metros de altura, com as mesmas características do Exemplo 1, com o enchimento de maérl de granulometria média igual a 0,1 milímetro (concentração em maérl do reactor : 7 gramas/litro). O reactor é utilizado em meio fluidizado (velocidade de reciclagem compreendida entre 4 e 8 m/h). -12-
Estuda-se o funcionamento do reactor para concentrações iniciais de amoníaco compreendidas entre 20 e 500 mg/litro.
Nota-se que, para uma concentração inicial de amoníaco da ordem de 25 mg/1 e uma taxa de reciclagem de cerca de 7, se obtém a nitrificação total do amoníaco. Para uma concentração inicial de amoníaco da ordem de 25 mg/1 e uma taxa de reciclagem igual a cerca de 2, obtém-se uma boa eliminação de NH^+ com formação maioritária de N0g~, o que permite o funcionamento do mencionado reactor acoplado com o reactor de desnitrificação. -13
QUADRO co d) o £ to o o rH B cd VO <T > II VO r» V tu •rl o o to PQ £ £ 1 t3 O CT m o LO LO 1 rv Λ 00 00 00 O 00 O o O o 00 LO A O 1—I LO o 1—I o o csi <í* iO 00 00 r-t VO CM 00 T CM CM \—! \—I £ OO CM T—1 . 1 V M' o £ CM m LO t—1 1 1—1 A. 1—1 rH LO CM — *v o O o o O CM T o «v •v •V O 00 LO t-t O \—1 <1· r^- I-t 00 O LO 00 OO o £ rH CM 00 CM t—! ϊ—1 M' V LO V £ OO m /—s LO + LO CM LO \—1 i—! oo CM r- CM Λ ·> «t •V Λ •V #v W o <r O 00 o o <r LO O O LO o o o CO 00 CM £ vO vo <Í* CM \—! i—1 CM o rH M-> V t—! CM £ O VO o OO 00 LO LO o + CM LO LO LO <Sr LO CM r"- CM VO <1* rv r\ Λ «V ψ\ *1 #» r. tu CS! Γ"· 00 CM CM i—! CM CO VO OV LO 00 £ vo LO -v!- CM i—1 CM rH 1—1 M*" £ O /"““N + <!· o CTt LO o LO o o LO CO i—! i—! CO <* LO w o O O o VO ov o 00 CM lo r-' σν LO CM £ I—1 I—1 1—1 t-t <J· LO CM £ N—/ UO LO 00 LO LO •ri r> •V *\ #v PQ CM 00 CM VO vo LO i—1 o LO VO CM CM 00 00 CO /Cti 00 CM LO CO /cd CO ry CM <r r·» O σν CM 00 CM LO Pd 00 CM CM i—! /cd cm <T / tti i—1 17 15 14 12 o t—1 σ\ CM i—1 CM 00 LO «V r. •s «V r> *v •v o 1—1 / cti CM o o o o I—1 /cd CM LO VO 00 1—i o oo <r £ 00 #\ vo LO <Sr <1* <r
Claims (8)
- -14- Ν. REIVINDICAÇÕES 1. - Reactor de nitrificação biológica aeróbia de efluentes que contêm iões NH^ + , caracterizado pelo facto de a biomassa nitrificante ser fixada sobre um suporte com a forma granular que desempenha o papel de substrato para a biomassa, de preferência ã base de carbonato(s) sólido(s) e de se realizar a nitrificação em leito agitado ou fluidizado.
- 2. - Reactor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o suporte de biomassa nitrificante ser à base de carbonato(s) sólido(s).
- 3. - Reactor de acordo com as reivindicações 1 ou 2, ca racterizado pelo facto de o suporte de biomassa nitrificante con ter CaCO^ e/ou MgCO^.
- 4. - Reactor de acordo com a reivindicação 3, caracteri zado pelo facto de o suporte de biomassa nitrificante ser à base de areia marinha do tipo maérl.
- 5. - Reactor de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de a expansão do leito ser assegurada por uma reciclagem parcial dos efluentes.
- 6. - Processo de nitrificação biológica aeróbia de efluentes caracterizado pelo facto de se utilizar um reactor tal como se definiu nas reivindicações 1 a 5.
- 7. - Processo de eliminação dos compostos azotados contidos em efluentes, caracterizado pelo facto de compreender um processo de .desnitrif icação., de preferência biológico, acoplado com um processo de nitrificação biológica de acordo com a reivin dicação 6.
- 8.- Processo de acordo.com a reivindicação 7, caracte rizado pelo facto de se ajustar a taxa de reciclagem das águas no reactor de nitrificação de maneira a obter-se uma nitritação maioritária ou uma nitratação importante. O Àfjent* Oficial da Prepríedade Industrie1
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