RO138263A2 - Modul pentru purificarea apei uzate prin utilizarea zeolitului ca suport de biomasă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un modul pentru purificarea apei uzate prin utilizarea zeolitului ca suport de dezvoltare a biomasei. Modulul, conform invenţiei, cuprinde un turn format din elemente modulare cilindrice asamblate prin suprapunere, umplute cu zeolit sub formă granulară cu dimensiuni de 1...4 mm activat termic prin calcinare, iar incinta reactorului modulului de purificare este realizată din plăci de polipropilenă având amplasate în partea inferioară a fiecărui turn de zeolit nişte difuzoare pentru dispersarea aerului provenit de la o sursă de aer comprimat, un modul de filtrare-tratare, care are în componenţă şi subsansambluri electronice pentru monitorizarea calităţii apei, având încorporat un sistem automatizat de control programabil pentru parametrii de lucru ai modulului de filtrare, respectiv debitul maxim, volumul total de apă filtrată şi modul de regenerare a zeolitului.

Description

.riaUL DE STAT PENTRU ΙΝΥΕΝΠΙ Șl MARC!

Cerere do brevet do Invenție

7 -02- 20Î Data depozit «··················«··♦*········' »·······«

MODUL PENTRU PURIFICAREA APEI UZATE PRIN UTILIZAREA

ZEOLITULUI CA SUPORT DE BIOMASA

Invenția se refera la realizarea unui element constructiv modular/modul ce va fi utilizat pentru purificarea biologica a apelor uzate, utilizând zeolitul ca suport de dezvoltare a biomasei.

Stațiile de epurare biologica a apelor uzate au la baza doua procese: nitrificarea si denitrificarea. Ambele procese au loc in prezenta unor bacterii dezvoltate si întreținute in prezenta, respectiv in absenta oxigenului. Cu cat cantitatea de bacterii aerobe, respectiv anaerobe corespunzătoare fazelor de nitrificare/denitrificare este mai mare cu atat procesul de epurare este mai rapid si mai eficient. Tipul de reactor biologic utilizat in aceste statii de epurare este definitoriu [1],

In prezent, epurarea biologica este un proces complex prin care materiile organice existente in apele uzate sunt transformate, cu ajutorul unor culturi de microorganisme, in produși de degradare si o masa celulara noua (biomasa). Epurarea biologica se poate realiza in doua moduri: cu ajutorul microorganismelor noi, dispersate in apa si prin dezvoltarea unor microorganisme pe un suport mobil sau fix. Biomasa este reprezentata de un amestec de bacterii, ciuperci si alte microorganisme care apar, se multiplica, devin active, se regenerează si dispar ciclic, in instalația de epurare. Scopul procesului biologic este degradarea substanțelor organice si creșterea biomasei sub forma de material insolubil, ușor de îndepărtat [2].

In prezent, exista diverse tipuri de suport de biomasa utilizat in membranele din reactoarele folosite la purificarea apelor industriale uzate. Sistemul avansat de bioreactor are in componenta un modul de filtrare tip membrana si implica separarea nămolului activat prin membrana asigurând o purificare ridicata a apei uzate. Acest sistem reduce considerabil volumul de reactanti biologici utilizati dar are dezavantajul colmatarii membranelor [3],

Reactorul biologic cu pat mobil utilizează ca suport de biomasa elemente realizate din masa plastica sau din spuma de tip burete impregnat sau nu cu cărbune activ. Aceste tipuri de suport de biomasa favorizează dezvoltarea de colonii de bacterii nitrificatoare, sunt biologic eficiente, insa reziduul purtător de biomasa devine costisitor de eliminat atunci când este necesara înlocuirea lui. Un alt dezavantaj il reprezintă pierderea necontrolata de biomasa in momentul deversării apei in emisar sau mediu [4,5],

In străinătate exista diferite reactoare care utilizează diferite tipuri de suport de biomasa in epurarea biologica prezentate in brevetele US7452468B2, EP0603989A3 si US7452468B2.

Brevetul US7452468B2 descrie o metoda si un reactor utilizat la purificarea apei uzate. Tipul de reactor utilizat este un reactor de secventiere (SBR) ce conține medii sintetice (zeolit sintetic) si agenti biologici utilizati pentru creșterea eficientei de epurare. Invenția descrisa este o metoda de îmbunătățire a procesului de tratare a apei uzate folosind nămolul activat introdus intr-un reactor discontinuu de secventiere ceea ce favorizează procesele de nitrificare si denitrificare.

De asemenea, brevetul EP0603989A3 descrie folosirea materialelor poroase de aluminosilicati pentru imbunatatirea activitatii microbiene si a microorganismelor in procesul de epurare al apelor uzate. Utilizarea materialelor poroase este potrivita ca suport de biomasa, deoarece sunt rezistente la acțiunea acizilor si bazelor. Acest suport de biomasa este utilizat ca biocatalizator pentru decontaminarea fluxurilor de ape uzate sau vapori contaminati.

Brevetul CN101306873A descrie realizarea unui bioreactor cu membrana cu circulație interna pentru tratarea apelor uzate reziduale si reutilizarea apei regenerate. Bioreactorul conține: un orificiu de admisie apa de circulație conectat la o pompa de circulare, modulul de membrana, partea superioara a modulului membrana este conectata la un separator noroi-apa, partea inferioara a modulului cu membrana este conectata la o ieșire cu apa circulanta realizata prin bioreactor. Dispozitivul poate fi utilizat la tratarea apelor uzate cu concentratii ridicate de poluanti proveniti din industria alimentara si industria cărnii.

In tara nu exista bioreactoare care folosesc ca suport de biomasa zeolitul natural.

Scopul prezentei invenții este realizarea unui modul pentru purificarea apei uzate ce va utiliza ca suport de biomasa, zeolitul. Conform invenției, zeolitul se folosește ca purtător de biomasa pentru dezvoltarea bacteriilor consumatoare de nutrienti ce favorizează procesele de nitrificare si denitrificare. In prezenta amoniului si a oxigenului, in masa de zeolit se dezvolta bacterii care transforma amoniul prezent in apa uzata, in azotit, respectiv azotat, ducând la formarea azotului gazos.

Descriere: Un modul de purificare a apei uzate folosind zeolitul ca suport de biomasa va realiza cele doua faze de nitrificare, respectiv denitrificare, in aceeași incinta, prin aerare discontinua, alternanta a unor elemente care conțin zeolit. In structura modulului elementul principal este un turn de zeolit format din elemente modulare cilindrice asamblate prin suprapunere sub forma de turn vertical. Incinta reactorului modulului de purificare este realizata din placi de polipropilena termosudate. In interiorul incintei este introdus un număr variabil de turnuri ce conțin zeolit. In partea inferioara a fiecărui turn de zeolit sunt amplasate niște difuzoare pentru dispersarea aerului provenit de la o sursa de aer comprimat. Distribuția echilibrata a aerului comprimat se realizează prin niște furtune de distribuție a aerului prevăzute cu robineti din plastic, cu șurub de reglaj al debitului de aer. Materialul zeolit dintr-un turn este in cantitate de aproximativ 1500 g material zeolitic de Racos (jud. Brașov) cu granulatie de 1...4 mm. Un modul de filtrare-tratare are in componenta si subansamble electronice si senzori pentru monitorizarea calitatii apei avand incorporat si un sistem automatizat de control programabil tip PLC.

In figura 1 este prezentat schematic un modul pentru purificarea apei uzate, prin utilizarea zeolitului ca suport de biomasa, propus spre brevetare prin prezenta cerere de brevet. Schema de principiu a modulului de purificare apa uzata conform invenției este data in figura 1, avand ca elemente de baza:

• material zeolit -1 • submodul -2 • turn zeolitul -3 • sursa de aer comprimat -4 • difuzoare de aer comprimat -5 • pompa apa -6 • tubulatura distributie-7 • senzori -8 • sistem automatizat de control -9

Parametrii de lucru ai modulului de filtrare, conform invenției:

• Debit maxim: 2 l/min;

• Volum total de apa filtrata: 100-200 litri;

• Mod de regenerare zeolit: prin schimbarea completa a materialului filtrant.

• Perioada de garanție de modului de filtrare, pentru uz industrial, este de 2 ani.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția este:

• Purificarea avansata si dezinfectarea apelor simultan; Purificare avansata si dezinfectarea apelor uzate industriale printr-un procedeu de epurare biologica ce folosește zeolitul ca suport de biomasa;

• Accelerarea procesului de tratare: Curgerea controlatata a apei prin turnul de zeolit modular si aerarea, cresc suprafața si timpul de contact a biomasei cu apa tratata accelerând procesul de tratare;

• Asigurarea unei epurări biologice a apelor uzate: Zeolitul actioneaza ca suport de biomasa favorizând apariția bacteriilor nitrificatoare ce favorizează purificarea apei prin epurarea biologica.

Mod de aplicare a invenției.

Prepararea materialului zeolitic.

Materialul zeolitic, sub forma granulara cu dimensiuni 1...4 mm, este activat termic prin calcinarea acestuia la temperatura de 200...400 °C, timp de 2...4 ore.

Realizarea modulului (fig. 1).

Materialul filtrant (zeolit) 1 activat se introduce in fiecare din elementele 2 ale submodulului. Submodulele au forma cilindrica, sunt prevăzute cu un tub interior distinct de restul submodulului si au partea inferioara perforata pentru a permite trecerea apei dintr-un submodul in celalalt. Prin asamblarea submodulelor, tuburile interioare se unesc intr-un tub continuu ce asigura un circuit descendent al apei fara ca aceasta sa intre in contact cu materialul filtrant de tip zeolit. In momentul intrării apei in submodulul inferior, circuitul apei devine ascendent, prin masa de zeolit din fiecare submodul al turnului, aerarea favorizând circulația ascendenta a apei.

Un submodul 2 permite cuplarea si fixarea de un submodul conjugat prin simpla rotire relativa a unor forme profilate de tip aripioare. Prin suprapunerea succesiva a submodulelor 2 rezulta un turn de zeolit 3 ce formează corpul modulului. Sursa de aer comprimat 4 este situata in partea inferioara a modulului si asigura difuzoarele de aer comprimat 5. Trecerea apei care se dorește a fi tratata este asigurata de pompa de joasa presiune 6 si sistemul de tubulatura de distribuție 7. Monitorizarea procesului de tratare si comanda a modulului de tratare este asigurata &

de un sistem de senzori 8 pentru masurarea parametrilor apei (pH, conductivitate, turbiditate, amoniu, nitrati) controlati de un sistem automatizat de control programabil PLC Delta 9.

Invenția are următoarele avantaje:

• Realizarea unui modul de tratare a apei utilizând zeolit, ca suport de biomasa pentru purificarea apelor uzate, favorizând apariția bacteriilor nitrificatoare, fara adaugarea de bacterii din sursa externa;

• Zeolitul prezintă avantajul materialului provenit din natura, relativ ieftin, ușor de preparat, cu suprafața excepționala de contact cu apa raportat la unitatea de volum si nu prezintă riscul transformării intr-un deseu nociv pentru mediu, in cazul in care, in mod accidental, ar ajunge intr-un emisar iar in cazul epuizării acestuia;

• Se reduce timpul de epurare a apelor;

• Apa uzata industriala, epurata poate fi refolosita in proces.

Caracteristici ale apei tratate cu ajutorul modulului pentru purificarea apei uzate prin utilizarea zeolitului ca suport de biomasa propus pentru brevetare sunt date in tabelul 1.

Nr. crt.	Parametru testat	Metoda de determinare	Valoare inițiala (mg/L)	Valoare după tratare (mg/L)
1.	Amoniu	SR ISO 7150-1:2001	64,2	0,974
2	Nitriti	SR EN ISO 10304-1:2009	50,0	23,0
3.	Nitrati	SR EN ISO 10304-1:2009	50,0	15,0
4.	Consum chimic de	SR EN ISO 5815-1:2020	307,0	169,0
L ..	oxigen (CCO-Cr)

Bibliografie

1. Srivastava N.; Chattopadhyay J. Bacterial community structure, composition and their role in biological wastewater treatment reactors plants, Wastewater Treatment Reactors, Microbial Community Structure, 2021, 583-597.

2. Shankar R.; Kumar S.; Prasad A.K.; Khare P.; Varma A.K.; Yadav V.K Chapter 9 -Biological wastewater treatment plants (VWVTPs) for industrial wastwater, Microbial Ecology of Wastewater Treatment Plants, 2021, 193216.

3. Rostam A.B.; Taghizadeh M. Advanced oxidation processes integrated by membrane reactors and bioreactors for various wastewater treatment: A criticai review, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2020, 8, 104566.

4. Biase A.; Kowaslski M.S.; Devlin T.R.; Oleszkiewicz J.A. Moving bed biofilm reactor technology in municipal wastewater treatment: A review, Journal of Environmental Mangement, 2019, 247, 849-866.

5. Chudoba P.; Pannier M.; Truc A.; Pujol R. A new fixed-film mobile bed bioreactor for denitrification of wastewater, Water Science Technology, 1998, 38, 233-240.

Mulțumiri:

Cerere de brevet de invenție a fost realizata pe baza cercetărilor realizate in cadrul proiectului de cercetare din cadrul Programului Operațional Competitivitatea al Ministerul Fondurilor Europene, contract nr. 7/01.09.2021, cod MY SMIS 105654, Numele proiectului: Realizarea transferului de cunoștințe acumulate si tehnologii dezvoltate de INCDO-INOE 2000, Filiala ICIA in domeniul Materiale pentru implementarea lor la întreprinderi din Romania, TREND

DESENE

Fig. 1 Modul pentru purificarea apei uzate prin utilizarea zeolitului ca suport de biomasa

Claims (1)

1. REVENDICARE

   Modul de purificare a apei uzate folosind zeolitul ca suport de biomasa caracterizat prin aceea ca realizează cele doua faze de nitrificare, respectiv denitrificare in aceeași incinta prin aerare discontinua, alternanta a unor elemente care conțin zeolit, elementul principal al modulului constituindu-l un turn format din elemente modulare cilindrice asamblate prin suprapunere sub forma de turn vertical umplut cu cate 1500 g fiecare de zeolit sub forma granulara cu dimensiuni 1...4 mm activat termic prin calcinarea acestuia la temperatura de 200...400 °C, timp de 2...4 ore iar incinta reactorului modulului de purificare este realizata din placi de polipropilena termosudate modulului avand in partea inferioara a fiecărui turn de zeolit amplasate niște difuzoare pentru dispersarea aerului provenit de la o sursa de aer comprimat in asa fel incat distribuția echilibrata a aerului comprimat se realizează prin niște furtune de distribuție a aerului prevăzute cu robineti din plastic, cu șurub de reglaj al debitului de aer, in plus modulul de filtrare-tratare are in componenta si subansamble electronice si senzori pentru monitorizarea calitatii apei avand incorporat si un sistem automatizat de control programabil tip PLC astfel ca parametrii de lucru ai modulului de filtrare, conform invenției sunt: debit maxim: 2 l/min; volum total de apa filtrata: 100-200 litri; mod de regenerare zeolit: prin schimbarea completa a materialului filtrant si o perioada de garanție de modului de filtrare, pentru uz industrial de 2 ani.