PT98888B

PT98888B - Aparelho de purificacao de aguas poluidas

Info

Publication number: PT98888B
Application number: PT98888A
Authority: PT
Inventors: Jacobus Dijkhorst
Original assignee: Dhv Water Bv
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1999-05-31
Also published as: JPH04244298A; MX174508B; DE69100225D1; ES2044680T3; PT98888A; EP0474296B2; EP0474296B1; DK0474296T3; ZA917014B; AU8369191A; GR3022764T3; DE69100225T2; ATE92441T1; DE69100225T3; ES2044680T5; CA2050697A1; NL9001974A; AU639599B2; BR9103859A; EP0474296A1

Description

O invento refere-se a um aparelho para a purificação de líquidos, em particular de águas poluídas.

ANTECEDENTES DO INVENTO

Na purificação de águas poluídas, devem ser removidas substâncias químicas e as biologicamente oxidáveis, referidas em seguida de forma abreviada pelo termo CZV. Além disso, o objectivo é eliminar os nutrientes, tal como os compostos de azoto e fósforo, contidos nas águas poluídas. Geralmente as CZV contidas em águas poluídas são oxidadas por meio de oxigénio. Nas águas poluídas não tratadas encontram-se frequentemente compostos de azoto, sob a forma de azoto ligado organicamente e, em maior extensão, sob a forma de azoto de amónio. A decomposição biológica do amónio realiza-se geralmente em dois passos. No primeiro passo o amónio é transformado, pela utilização de oxigénio, em nitrito e nitrato por microorganismos específicos, daqui em diante chamados microorganismos nitrificantes. Estas transformações, daqui em diante chamada nitrificação, conduzem a um decréscimo da alcalinidade. 0 oxigénio necessário pode ser introduzido através de um dispositivo arejador. Os microorganismos específicos mencionados não necessitam geralmente de uma fonte de carbono, têm uma pequena velocidade de crescimento e são bastante sensíveis às baixas temperaturas.

Num segundo passo da remoção do azoto biológico, o nitrito e nitrato formados são transformados em compostos de azoto gasosos, como o N₂, NO e N₂0, por um outro tipo de microorganismos, daqui em diante chamados microorganismos desnitrificantes. Estas transformações, são resumidas pelo termo desnitrificação, ocorrem principalmente apenas a baixas pressões de oxigénio. O nitrato e nitrito servem portanto como receptores de electrões em vez do oxigénio na oxidação das CZV. Ao contrário da maioria dos microorganismos nitrificantes, os microorganismos

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-3desnitrificantes, utilizam uma fonte de carbono, por exemplo as CZV. A desnitrificação progride a uma alta velocidade, com a fracção das CZV constituída por compostos facilmente decomponíveis, como por exemplo, os ácidos gordos e álcoois inferiores, e é daqui em diante denominada desnitrificação exógena. Para os componentes das CZV que sejam difíceis de decompor e que usam uma fonte de carbono endógena, daqui em diante referida como desnitrificação endógena, a desnitrificação progride muito mais lentamente. A desnitrificação conduz a um aumento de alcalinidade.

Os factos acima citados quando aplicados na prática à purificação de águas poluídas, têm o seguinte significado. A remoção biológica, extensiva, de compostos de azoto de águas poluídas, implica não somente uma nitrificação quase completa, como também uma optimização da desnitrificação. As águas poluídas não tratadas contêm geralmente CZV com uma certa fracção de CZV facilmente decomponível. A desnitrificação só pode ser realizada depois de se terem formado nitritos e nitratos a partir do amónio e do azoto ligado organicamente num estágio de arejamento do processo de purificação. A desnitrificação tem a vantagem de poupar capacidade de arejamento pois que uma parte das CZV não é transformada pelo oxigénio mas por componentes de azoto oxidados. Além disso, a desnitrificação contraria ligeiramente o efeito de consumo de alcalinidade, da nitrificação. A dosagem de produtos químicos para corrigir a acidez pode portanto ser reduzida ou mesmo eliminada. Finalmente a desnitrificação também conduz a um efluente sem nitrato e portanto mais puro, pelo que se obtém uma purificação melhor.

A vontade de conseguir a desnitrificação tem levado a diversas configurações dos reactores e aparelhos de purificação, que podem ser divididos nos seguintes tipos.

Num primeiro tipo, a desnitrificação realiza-se num espaço separado, a seguir ao espaço aeróbico onde se formam os nitritos e nitratos a partir do amónio e do azoto ligado organicamente. Esta pós-desnitrificação pode exigir o fornecimento de uma fonte

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-4externa de carbono como o metanol, pois que as CZV e certamente a sua fracção mais facilmente decomponível nas águas poluídas, são oxidadas principalmente por meio de oxigénio no espaço aeróbico pré-instalado. As desvantagens deste tipo de aparelho são visíveis pois economizam muito pouco em energia de arejamento e podem provocar custos elevados devidos à dosagem necessária da fonte de carbono externa.

Num segundo tipo de aparelho de purificação, a desnitrificação realiza-se antes do passo aeróbico, no qual se formam os nitritos e nitratos a partir do amónio e do azoto ligado organicamente. Fornecendo toda ou parte da água poluída não tratada a esta pré-desnitrificação, torna-se possível uma desnitrificação exógena rápida. As vantagens em relação ao primeiro tipo são uma maior economia de energia de arejamento e uma redundância da dosagem de substracto externo. A disposição da nitrificação depois da desnitrificação exige, contudo, uma elevada recirculação externa, dos nitratos e nitritos, formados no reactor aeróbico, para o espaço de desnitrificação. As desvantagens deste tipo residem, portanto, no elevado factor de recirculação e na capacidade de bombagem necessária para uma intensa remoção do azoto.

Num terceiro tipo de aparelho de purificação, a nitrificação e a desnitrificação realizam-se dentro de um único espaço, criando de zonas ricas em oxigénio e pobres em oxigénio. A fracção da CZV facilmente decomponível, da água poluída não tratada, dependendo da posição de entrada para este dispositivo de circulação, pode promover a desnitrificação exógena (rápida) numa maior ou menor intensidade, tal como no segundo tipo. A vantagem desta desnitrificação simultânea, em relação ao segundo tipo, reside na ausência de uma recirculação externa para os nitratos e nitritos. A desvantagem deste terceiro tipo, contudo, é que é frequentemente difícil controlar o tempo de permanência na(s) zona(s) pobre(s) em oxigénio, o que frequentemente depende da admissão de oxigénio ajustada para uma nitrificação completa, e que é, portanto, na maioria das vezes demasiado curta para uma desnitrificação eficiente e intensiva.

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pedido de patente Holandesa 8301500 descreve uma modificação do aparelho do terceiro tipo, no qual as desvantagens mencionadas são impedidas em pequeno grau. Nesta modificação toda a água poluída não tratada é introduzida numa zona pobre em oxigénio do dispositivo de circulação, que serve de espaço de desnitrificação, zona que pode ser reduzida ou alargada por meio de placas ajustáveis com o simultâneo alargamento ou redução, respectivamente, da porção rica em oxigénio do dispositivo. Contudo, este dispositivo tem um certo número de desvantagens que apenas removem parcialmente as objecções dominantes do terceiro tipo e não utiliza completamente as vantagens óptimas do segundo tipo.

Uma primeira desvantagem é que, a maioria do tempo de duração da permanência que se pode obter, na zona adicional pobre em oxigénio, continua a não ser suficientemente grande para uma utilização óptima das possibilidades da desnitrificação exógena. Uma segunda desvantagem resulta, quando as placas, ajustáveis num eixo vertical, como descrito no pedido de patente mencionado, são ajustadas para permitirem o controlo das condições de fluxo entre as porções dos canais, pois que sucede rapidamente um decréscimo da velocidade de fluxo, na perna protegida pela placa, com um valor tal, que a biomassa já não pode ser mantida em suspensão, sendo este último um pré-requisito para os bons resultados da purificação. Uma terceira desvantagem é que, dentro da porção do canal pobre em oxigénio do aparelho descrito no referido pedido de patente, forma-se um fluxo tampão, pelo que não pode ocorrer uma mistura completa do influente e da água poluída no espaço de desnitrificação. Contudo, no caso do fornecimento, frequentemente descontínuo do influente, é preferida uma mistura quase completa do influente e da água poluída, no espaço de desnitrificação, para que a desnitrificação seja mais eficiente.

É um objectivo do invento proporcionar um aparelho, no qual se realiza uma remoção óptima das CZV e do azoto, das águas poluídas, de modo que são utilizadas as vantagens da

DESCRIÇÃO DO INVENTO

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-6desnitrificação preliminar e simultânea e, ao mesmo tempo, as desvantagens dos aparelhos do segundo e terceiro tipo acima descritos, são tanto quanto possível contrariadas.

Para alcançar este objectivo, o invento proporciona um aparelho de purificação de líquidos, em particular águas poluídas, compreendendo um reservatório que inclui um primeiro dispositivo de circulação para o líquido nele contido, um abastecimento influente e uma descarga de efluente ligadas ao reservatório, meios de propulsão para fazerem circular o líquido no dispositivo de circulação e meios de arejamento para introduzirem oxigénio no líquido, estando o reservatório equipado com um espaço de desnitrificação ligado ao restante do reservatório por uma entrada e uma saída, e ao qual se liga o abastecimento influente e onde se forma um segundo dispositivo de circulação, tendo meios de propulsão próprios.

O invento oferece várias vantagens importantes em comparação com os dispositivos convencionais. Por exemplo, é possível obter tempos maiores de permanência dentro do espaço de desnitrificação instalado, com o seu próprio dispositivo de circulação, quando em comparação com os dispositivos de circulação descritos, como sejam os de tipo carrocei, ou com os convencionais. Um tempo de permanência maior, em condições pobres em oxigénio, pode conduzir a uma maior fracção de microorganismos desnitrificantes na biomassa. Um tempo de permanência maior pode também significar que uma parte maior da fracção facilmente decomponível das CZV está disponível para a desnitrificação exógena. Devido à instalação de meios de propulsão separados no espaço de desnitrificação e por se usar também neste espaço o princípio da circulação, é possível um equilíbrio óptimo entre, por um lado, a economia de energia de desnitrificação e, por outro lado, a energia com o fim de fazer circular a biomassa no espaço referido, mantendo-a em suspensão. Na maior parte dos casos encontram-se zonas pobres em azoto no dispositivo de circulação, inclusive nos meios de arejamento, onde acontece alguma desnitrificação exógena e especiãlmente endógena. Criando uma zona de deficiência em oxigénio com um abastecimento de CZV

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-7facilmente decomponível, da água poluída não tratada, pode surgir uma situação, em que as concentrações em nitrato e nitrito fiquem tão baixas, que se criem condições para a remoção biológica dos fosfatos, isto é, neste caso, condições de crescimento de bactérias acumuladoras de fosfato. Esta possibilidade é considerada como uma vantagem adicional do invento.

De preferência, na entrada e/ou saída do dispositivo de circulação, instalam-se meios de abertura e fecho controláveis no espaço de desnitrificação.

Devido a estes meios de abertura e fecho controlados pode-se regular o tempo de permanência do líquido no espaço de desnitrificação.

Aqui é vantajoso, que os meios de abertura e de fecho controláveis sejam comandados por um sinal de controlo de um ou mais monitores num dos dispositivos de circulação, no abastecimento influente e/ou na descarga de efluente, para regular o teor de componentes azotados e/ou o oxigénio e/ou para medir o potencial redox.

Deste modo, se desejado, o tempo de permanência do líquido no espaço de desnitrificação pode ser controlado automaticamente.

Uma configuração especial do aparelho, de acordo com o invento, caracteriza-se por o segundo dispositivo de circulação estar integrado no reservatório do primeiro dispositivo de circulação.

Esta configuração é particularmente adequada, para adaptar as instalações de purificação já existentes, em que, por consequência, parte do primeiro dispositivo de circulação, já existente, é convertida no segundo dispositivo de circulação.

Uma possibilidade alternativa, é a do espaço de desnitrificação ser instalado ao lado do reservatório do primeiro dispositivo de circulação.

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-8Este arranjo é particularmente adequado para aparelhos novos, a serem construídos ou para aparelhos já existentes em que a capacidade do primeiro dispositivo de circulação é demasiado pequena para ser parcialmente convertida no segundo dispositivo de circulação.

É particularmente vantajoso, que a entrada do segundo dispositivo de circulação, no espaço de desnitrificação, esteja ligada ao primeiro dispositivo de circulação, numa sua parte contendo líquido pobre em oxigénio, durante o funcionamento do aparelho.

Devido a esta posição da entrada do segundo dispositivo de circulação, para o espaço de desnitrificação, é possível obter condições muito favoráveis no espaço de desnitrificação, pois que o líquido, que entra nele, vindo do primeiro dispositivo de circulação, é já em grande extensão pobre em oxigénio.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

Daqui em diante, o invento será explicado, a título de exemplo, por referência ao desenho, o qual mostra duas configurações do aparelho, para purificação de águas poluídas, de acordo com o invento, no qual:

a figura 1 é uma vista muito esquemática plana, de uma primeira configuração do aparelho de purificação de águas poluídas, de acordo com o invento;

a figura 2 é uma vista correspondente à da figura 1, de uma segunda configuração do aparelho de purificação de águas poluídas, de acordo com o invento.

DESCRIÇÃO DAS CONRETIZAÇÕES PREFERIDAS

A figura 1 mostra uma concretização do aparelho de purificação de águas poluídas, compreendendo um reservatório 1, tendo um dispositivo de circulação 2, para provocar a circulação

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-9de água poluída, contendo biomassa em suspensão, fornecida ao reservatório 1. 0 dispositivo de circulação 2, tal como se mostra, está construído de acordo com o princípio conhecido na prática pelo nome de carrocei, mas o invento é aplicável a outros dispositivos de circulação.

dispositivo de circulação 2 inclui uma parede central 3, para separar os canais de fluxo, que avançam e retornam. Os arejadores 4A, 4B estão dispostos nos extremos da parede central 3 para, por um lado, fazer circular a água poluída no dispositivo de circulação por meio de propulsão e, por outro lado, para introduzir ar e, consequentemente, oxigénio, na água poluída.

influente é fornecido ao reservatório 1 por um abastecedor de influente 5 e o efluente é descarregado do reservatório pela descarga de efluente 6. Deixa-se a biomassa, transportada pelo efluente, separar-se do efluente, no tanque de sedimentação (não indicado). Em princípio, contudo, é também possível retirar a biomassa do efluente já dentro do reservatório.

De acordo com o invento o aparelho está munido com um espaço de desnitrificação separado 7, em comunicação aberta com o dispositivo de circulação 2, por intermédio de uma entrada 8 e uma saída 9, e está munido com o seu próprio dispositivo de circulação.

O dispositivo de circulação no espaço de desnitrificação 7 inclui meios de propulsão 10, uma parede central 11 e placas deflectoras de fluxo 12. Como se vê no desenho o abastecimento influente 5 está ligado a este espaço de desnitrificação 7, numa posição tal que se obtém directamente uma boa mistura de influente, a partir do abastecimento influente 5, com o conteúdo do espaço de desnitrificação, o que requer apenas uma pequena quantidade de energia.

Como se pode ver claramente no desenho, o espaço de desnitrificação 7 está instalado dentro do reservatório 1, dispondo de uma parede divisória 13, transversalmente numa das

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pernas do reservatório 1, em forma de U. Deste modo, um reservatório 1 já existente, pode ser adaptado com vista à sua integração no invento.

A entrada 8 e a saída 9 do espaço de desnitrificação 7 podem ser fechadas em maior ou menor extensão, por intermédio de meios de abertura e fecho controláveis 14 e 15, respectivamente, que podem consistir em portas móveis, peças corrediças ou semelhantes. Na configuração indicada a título de exemplo, os meios de abertura e fecho 14, 15, consistem em portas que giram em torno de um eixo vertical. O ajustamento dos meios de abertura e fecho 14, 15, pode ser ligado, para cada um em separado, ao sinal de um monitor de (a) componentes de azoto e/ou oxigénio e/ou ao sinal de medida do potencial redox, num dos dispositivos de circulação e/ou no abastecimento de influente 5 e/ou no de efluente 6. Com estes meios pode-se fazer variar o tempo de residência da água poluída no espaço de desnitrificação 7, dependendo do estado da água poluída.

A entrada 8 do espaço de desnitrificação 7 está situada, de tal modo que a água poluída, relativamente pobre em oxigénio, fluirá do dispositivo de circulação 2 para o espaço de desnitrificação 7, pois que a entrada 8 está numa posição distante da do arejador 4A, estando instalada uma placa deflectora 16 à volta do arejador mais próximo 4B, o que evita que a água poluída rica em oxigénio flua para fora do dispositivo de circulação 2 e para dentro do espaço de desnitrificação 7.

A figura 2 mostra uma configuração modificada do aparelho da figura 1, que é semelhante, no que se refere ao funcionamento e princípio, mas em que o espaço de desnitrificação 7 se encontra num reservatório 1', em parte separado, disposto ao lado do reservatório principal 1. A parede divisória 13, entre o espaço de desnitrificação 7 e o dispositivo de circulação 2, coincide agora com a parede exterior do reservatório 1.

A entrada 8 e a saída 9, do espaço de desnitrificação 7 estão, neste caso, dispostas uma acima da outra, na parede

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-11divisória 13, em que os meios de abertura e fecho controláveis 14 da entrada 8, construídos como uma porta que se pode articular em torno de um eixo vertical, articulam-se a partir do espaço de desnitrificação 7, para o lado de fora, enquanto que os meios de abertura e fecho controlável 15 da saída 9, construídos como uma porta que se pode articular em torno de um eixo vertical, articulam-se para dentro do espaço de desnitrificação 7, de um modo tal que, os fluxos de ambos os dispositivos de circulação são trocados de maneira natural. É claro que é também possível dispor a entrada 8 e a saída 9, do espaço de desnitrificação 7, lado-a-lado na parede divisória 13.

Como atrás se mencionou, o invento é também aplicável a outros dispositivos de circulação de diferentes do tipo carrocei. É, por exemplo, possível substituir os arejadores 4, por meios de propulsão e arejamento individuais, como por exemplo, arejadores de bolhas combinados com hélices e/ou motores com eixos horizontais ou verticais de rotação.

invento não está restrito às concretizações indicadas no desenho e descritas atrás, que podem variar de diferentes modos, dentro do âmbito do invento.

Claims

1 - Aparelho para a purificação de um líquido, em particular água residual, caracterizado por compreender um reservatório que inclui um primeiro dispositivo de circulação para o líquido nele contido, um abastecimento influente e uma descarga efluente ligados ao reservatório, meios de propulsão para fazer circular o líquido no dispositivo de circulação e meios de arejamento para introduzir oxigénio no líquido, estando o reservatório equipado com um espaço de desnitrificação ligado ao restante do reservatório através de uma entrada e de uma saída, e ao qual o abastecimento influente está ligado, e por estar instalado um segundo dispositivo de circulação dentro do espaço de desnitrificação, com meios próprios de propulsão.

2 - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na entrada e/ou na saída do segundo dispositivo de circulação dentro do espaço de desnitrificação, estarem dispostos meios de abertura e fecho controláveis.

3 - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os meios de abertura e fecho controláveis serem controlados, por um sinal de controlo de um ou mais monitores num dos dispositivos de circulação, no abastecimento influente e/ou na descarga efluente, para controlo do teor de componentes azotados, e/ou oxigénio, e/ou para medir o potencial redox.

4 - Aparelho de acordo com uma das reivindicações 1-3, caracterizado por o segundo dispositivo de circulação estar integrado no reservatório do primeiro dispositivo de circulação.

5 - Aparelho de acordo com uma das reivindicações 1-3, caracterizado por o espaço de desnitrificação estar disposto ao lado do reservatório do primeiro dispositivo de circulação.

6 - Aparelho de acordo com uma das reivindicações 1-5, caracterizado por a entrada do segundo dispositivo de circulação no espaço de desnitrificação estar ligado ao primeiro dispositivo

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-13de circulação, numa sua porção que contém líquido pobre em oxigénio, durante a operação do aparelho.

7 - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a entrada do segundo dispositivo de circulação estar instalada no espaço de desnitrificação na vizinhança dos meios de arejamento gue estão resguardados da entrada por meios deflectores.

8 - Aparelho de acordo com uma das reivindicações 1-7, caracterizado por o segundo dispositivo de circulação, dentro do espaço de desnitrificação, compreender meios deflectores de fluxo.