BR0208341B1 - mÉtodo para a purificaÇço anaeràbica de lama, e, dispositivo para a purificaÇço anaeràbica de uma lama que contÉm constituintes orgÂnicos. - Google Patents

Description

"MÉTODO PARA A PURIFICAÇÃO ANAERÓBICA DE LAMA, E,DISPOSITIVO PARA A PURIFICAÇÃO ANAERÓBICA DE UMA LAMAQUE CONTÉM CONSTITUINTES ORGÂNICOS"

A presente invenção relaciona-se a um método para apurificação anaeróbica de lama que contém constituintes orgânicos.

É conhecido per se usar purificação anaeróbica no tratamentode água usada se originando da indústria agrícola ou da indústria de produtosalimentícios. Isto é por causa da presença de constituintes orgânicosdissolvidos, tais como por exemplo constituintes se originando doprocessamento de batatas, legumes, cereais, etc. No método conhecido,constituintes não dissolvidos são separados da água usada que é para sersujeita à purificação anaeróbica em um estágio anterior por meio desedimentação ou flotação. Porém, um problema é que alguém ainda tem quelidar com o refugo sólido separado em uma etapa prévia. Este denominadorefugo sólido tem que ser descarregado separadamente. Refugo sólido destetipo é, por exemplo processado para formar forragem animal. Porém, nemtodo o refugo sólido deste tipo é adequado para processamento para formar,por exemplo, forragem animal e o mercado para processamento em produtosadicionais, tal como por exemplo forragem animal, também pode estagnar.

É um objetivo da presente invenção prover um método no qualos constituintes não dissolvidos, que são convencionalmente separados deante-mão, também podem ser tratados.

De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado por ummétodo para a purificação anaeróbica de lama que contém constituintesorgânicos:

a) em que lama que é para ser tratada é alimentada periodicamente oucontinuamente a um reator substancialmente fechado cheio demistura;

b) em que a lama é forçadamente misturada com mistura do reator,sujeitando a mistura no reator a um fluxo ascendente e um fluxodescendente;

c) em que a mistura no reator é sujeita a um processo de hidrólise; e

d) em que a mistura do reator é sujeita à flotação em uma célula deflotação por injeção de um gás de baixo teor de oxigênio, tal comobiogás se originando do reator, e a camada flutuante de sólidos queé formada é retornada à mistura no reator, e o líquido de baixapartícula que é formado é descarregado como efluente.

A lama que é para ser tratada será forçadamente misturadacom a mistura no reator, circulando a mistura incluindo a lama provida noreator sujeitando a mistura a fluxo ascendente e descendente. Se apropriado,mistura forçada pode ser efetuada diretamente durante a provisão da lama, porexemplo, gerando o fluxo ascendente e/ou descendente na ou com a provisãode lama. O resultado disto é que pelo menos alguns dos constituintes nãodissolvidos na lama podem ser feitos se dissolverem pelo menos na misturaque está presente no reator. A mistura no reator, à qual, portanto, lama a sertratada é alimentada periodicamente ou continuamente, é purificada de formaanaeróbica por meio de um processo de hidrólise em um reator com fluxoascendente e descendente. Isto conduz a biogases sendo liberados, incluindo,inter alia, CO2 e CH4. O fato que o reator é substancialmente fechadosignifica que estes biogases se coletarão ao topo do reator, isto é, acima damistura localizada nele. Para obter efluente, relativamente limpo, isto é,relativamente de baixa partícula, a mistura é sujeita à flotação em uma célulade flotação, durante qual processo uma camada flutuante de sólidos éformada, que flutuará em cima do fluido que está presente na célula deflotação. Além disso, partículas mais pesadas serão capazes de se coletar aofundo da célula de flotação. A fim de não perturbar o ambiente requerido parapurificação anaeróbica por meio de hidrólise no reator, uso é feito duranteflotação de um gás de baixo teor de oxigênio, preferivelmente um gás livre deoxigênio. Além disso, um gás deste tipo previne explosões em contato com obiogás. De acordo com a invenção, é possível em particular para o biogás queé liberado durante a purificação anaeróbica e que se coleta no topo do reatorsubstancialmente fechado a ser usado como um gás de baixo teor de oxigêniomuito apropriado deste tipo. A camada flutuante de sólidos que se forma emcima do fluido na célula de flotação é realimentada à mistura, a fim de sersujeita uma vez mais a um processo de purificação anaeróbica por hidrólise nadita mistura. Além do mais, quando lama adicional é provida, estesconstituintes também uma vez mais serão forçadamente sujeitos a umprocesso de mistura e, no processo, finalmente se converterão em impurezasdissolvidas que podem ser convertidas, inter alia, a gás metano por hidrólisepela purificação anaeróbica. O método de acordo com a invenção emparticular torna eminentemente possível limpar lama muito suja por meioanaeróbio, isto é, o método para purificação anaeróbica pode ser efetuadocom misturas que têm um COD muito alto (demanda de oxigênio química)(neste contexto, o termo muito alto é compreendido como significando umCOD de mais de 20.000 mg/l). Com tais CODs altos, há muitos flocosincluindo bactérias que podem ser facilmente feitos flutuar no reator, comoforam verificadas.

No método de acordo com a invenção, é particularmentevantajoso se a célula de flotação for um tanque que é aberto no topo, fordelimitada por uma borda superior e for posicionada no reator,preferivelmente na mistura, com sua borda superior a uma altura que é maiordo que ou igual ao nível da mistura localizada no reator. Isto impede misturade ser capaz de fluir para fora do reator pela borda superior na célula deflotação. Se a borda superior estiver a um nível mais alto do que o nível damistura localizada no reator, isto é mesmo excluído completamente. Acamada flutuante pode por sua vez ser empurrada relativamente facilmentesobre a borda superior de volta à mistura no reator.De acordo com a invenção, a flotação pode ser efetuadaparticularmente e vantajosamente se na etapa d), biogás se originando doreator for pressurizado e for dissolvido sob pressão em parte do efluente, e aágua branca obtida deste modo, a fim de provocar a flotação, for injetada nacélula de flotação de tal maneira que o nível na célula de flotação seja maisalto do que o nível da mistura no reator. Pressurizar o biogás, por exemplo, noque é conhecido como um tanque de compressão, é injetar sob pressão em umfluxo de derivação do efluente - ou se apropriado, misturando o biogás e ofluxo de derivação e então pressurizá-los juntos - resulta em um aumento nasolubilidade do biogás no fluxo de derivação de efluente e em expansãoocorrendo durante a injeção na célula de flotação, por causa da ausência dapressão relativamente alta de, por exemplo, 2 a 5 bar ou mais alta. Por causadesta expansão, bolhas relativamente grandes de biogás são formadas na águabranca. Além disso, a pressão de excesso conduz a fluido situado na célula deflotação ser elevado de uma tal maneira que o nível deste fluido possa vir a seachar a um nível mais alto do que o nível da mistura no recipiente de reator.

Com uma visão para alcançar provisão de mistura simples econfiável do reator à célula de flotação, é vantajoso, de acordo com ainvenção, se a célula de flotação for provida com uma abertura dealimentação, que se abre para fora na mistura e for preferivelmente provida nofundo da célula de flotação, e em que o biogás ou água branca é injetada nacélula de flotação pela abertura de alimentação de uma tal maneira que, poruma ação ejetora, mistura seja arrastada para fora do reator na célula deflotação.

O fluxo ascendente no reator para o tratamento anaeróbioprocessado por hidrólise pode vantajosamente ser alcançado, de acordo com ainvenção, injetando um líquido, tal como por exemplo um líquido auxiliar ouefluente se originando da célula de flotação, no fundo do reator. Neste caso, éimportante para o líquido ter uma alta alcalinidade com uma visão parasaturação do pH no reator de hidrólise.

De acordo com um aspecto adicional, a presente invençãorelaciona-se a um dispositivo para a purificação anaeróbica de uma lama quecontém constituintes orgânicos, o dispositivo incluindo:

- um reator de hidrólise substancialmente fechado do tipo com fluxoascendente e descendente;

meio de alimentação e mistura para alimentar lama ao reator,preferivelmente com mistura forçada, e misturar lama no reator commistura que já está presente no reator;

- uma célula de flotação que está posicionada dentro do reator e estáem comunicação fluida com o interior do reator por, por um lado,uma abertura de alimentação para alimentar mistura se originandodo reator à célula de flotação e, por outro lado, uma abertura dedescarga para descarregar a camada flutuante que é formada nacélula de flotação durante uso da célula de flotação;

um sistema de provisão de gás de flotação para prover um gás deflotação, em particular um gás de flotação de baixo teor deoxigênio, à célula de flotação.

As vantagens deste dispositivo são substancialmente asmesmas como as vantagens do método de acordo com a invenção como foiexplicado acima em particular em relação à reivindicação 1.

Por razões descritas acima, o sistema de alimentação de gás deflotação do dispositivo de acordo com a invenção, vantajosamente inclui umalinha de derivação de biogás para derivar biogás do topo do reator, e meio debombeamento para injetar o biogás na célula de flotação por uma abertura deinjeção. Por razões que já foram explicadas acima, é vantajoso, no dispositivode acordo com a invenção, se o sistema de provisão de gás de flotação forprojetado de acordo com reivindicação 8 do pedido.

Uma vez mais por razões que foram explicadas acima comrelação ao método de acordo com a invenção, é vantajoso, de acordo com ainvenção, se a abertura de injeção for posicionada de acordo comreivindicação 9.

Uma vez mais por razões que já foram explicadas com relaçãoao método de acordo com a invenção, é vantajoso, no dispositivo de acordocom a invenção, se a célula de flotação for um tanque que é aberto ao topo e éprojetado de acordo com reivindicação 10.

No dispositivo de acordo com a invenção, o meio dealimentação e mistura pode ser produzido de um modo vantajoso se ele incluirpelo menos um tubo correndo para cima, que é arranjado em ou ao longo dotanque e a ponta superior de qual, durante operação, está a um nível maisbaixo do que o nível da mistura no reator, e se o tubo for provido com ummisturador que, durante operação, gera um fluxo descendente pelo tubo, otubo sendo provido, na ponta de fundo, com uma abertura de saída, e umaabertura de linha de alimentação de lama fora no tubo. Isto cria uma câmarade mistura, na qual a lama é alimentada ao reator, em qual câmara de mistura,mistura forçada bem controlada com mistura do reator pode acontecer. A fim,por um lado, de assegurar que mistura seja provida do reator e, por outro lado,lama que foi misturada com esta mistura seja descarregada à mistura noreator, o tubo é aberto à sua ponta superior, e o misturador é projetado de talmaneira que gere um fluxo descendente pelo tubo, e o tubo é aberto à pontade fundo, a fim de ser possível para um fluxo descendente ser descarregadodo tubo. O fluxo descendente também efetua recirculação da mistura noreator, desde que esta mistura será sujeita a fluxo ascendente no reator e temque ser realimentada ao fundo para tratamento renovado.

A invenção será explicada em mais detalhe abaixo comreferência a uma concretização exemplar, que é diagramaticamente descritano desenho, em que:

Figura 1 mostra uma vista lateral diagramática, em seção, deum dispositivo de acordo com a invenção, no qual o método de acordo com ainvenção é operado; e

Figura 2 mostra uma vista de cima diagramática do dispositivomostrado na Figura 1.

O dispositivo 1 de acordo com a invenção inclui um recipientede reator 2, por qual há um fluxo ascendente. Pelo menos durante operação,este recipiente de reator 2 contém uma mistura 3 com um nível de líquido 4 e,durante operação, biogás, em particular incluindo metano (CH4) e CO2, seacumula no topo do reator, isto é, acima do nível 4. O biogás é denotado pornumerai de referência 5. Como o biogás 5 pode se coletar no topo do reator 2,é importante para o reator 2 ser substancialmente fechado. Para efetuar umfluxo ascendente da mistura 3 no recipiente de reator 2, um conjunto de tubos6, que pode ser visto particularmente claramente da Fig 2, é assentado aofundo do recipiente de reator 2. Estes tubos 6 são providos ao longo de seucomprimento com uma abertura de saída, por qual líquido que é alimentadopelos tubos 6, tal como lama, ou em particular, o que é conhecido como águade diluição, pode ser injetado no reator. No reator, há vários tubos 7, naconcretização exemplar mostrada no desenho, quatro tubos 7. Pelo menosdurante operação, estes tubos 7 são completamente submergidos na mistura 3.

Os tubos 7 são abertos no lado de topo e são igualmente abertos, ou pelomenos providos com aberturas de saída, no lado inferior. Também, em cadaum dos tubos há um membro de agitador 18, que é acionado do exterior doreator por um eixo 9. O membro de agitador e o dispositivo de acionamentosão arranjados de uma tal maneira que, como resultado, um fluxo descendenteseja gerado no tubo, como resultado de que, mistura 3 é sugada para fora doreator 2 no lado de topo, como indicado por setas, a fim então de ser injetadapara fora de volta do tubo 7 no lado inferior. Estes tubos 7 e membros demistura 8 por esse meio tornam possível, se desejado, embora isto não sejafreqüentemente requerido, para a mistura 3, que, como indicado por seta 10,seja geralmente sujeita a fluxo ascendente no recipiente de reator 2, para serretornada ao fundo do reator 2. Além disso, linhas de alimentação 8 paraalimentar lama que é para ser tratada nos tubos 7, se abrem para fora nostubos 7. Então assegurando que, durante a provisão da lama, os agitadores 8estejam em operação, é assegurado que a lama é forçada a se misturar com amistura 3 até mesmo enquanto está sendo alimentada no recipiente de reator2. Como resultado, será possível forçar alguns dos constituintes nãodissolvidos na lama para se dissolverem. Durante operação, a lama 8geralmente será provida periodicamente ou continuamente. Enquanto a lamaestá sendo provida, os membros de agitador 18 estarão em operação. Se aprovisão de lama 8 for interrompida, os membros de mistura 18 geralmenteserão desligados, mas como indicado acima, os membros de agitador 18podem continuar a operar ou possivelmente podem ser mantidos operandotemporariamente ou pelo menos colocados em operação temporariamente, porexemplo para circular mistura pelo reator.

Desde que lama com constituintes não dissolvidos éalimentada ao reator, e é indesejável para componentes não dissolvidos destetipo estarem presentes no efluente que é finalmente para ser descarregado doreator, uma célula de flotação 11 é arranjada no reator 2. A célula de flotação11 inclui um tanque que é substancialmente aberto no topo. No lado de topo,o lado aberto do tanque 11 é delimitado por uma borda superior 12. Comopode ser visto da Figura 1, esta borda superior 12 é mais alta do que o nível 4da mistura 3 no recipiente de reator 2. Uma abertura de influxo cônica 13 éprovida no lado inferior da célula de flotação 11. Uma linha de alimentaçãode água branca 14 se abre para fora na abertura de influxo 13. Como tambémpode ser visto da Figura 1, a localização onde a linha de alimentação de águabranca 14 termina na abertura de alimentação 13 é projetada em forma deventuri. O resultado é que quando a água branca é injetada pela linha 14, umaação ejetora é provocada que, como indicado por seta 15, assegura quemistura 3 seja arrastada para fora do recipiente de reator 2 na célula deflotação 11.

Na célula de flotação 11, também há um membro de limpezade topo 17, que é acionado por um eixo 16, e um membro de purificação defundo 19. O membro de limpeza de topo 17 é projetado de tal modo queempurre o que é conhecido como a camada flutuante no topo da célula deflotação 11 sobre a borda 12 de volta à mistura 3 no recipiente de reator 2.

Deste modo, esta camada flutuante, que substancialmente contémconstituintes não dissolvidos, é retornada ao processo no recipiente de reator 2para tratamento adicional. A camada flutuante em particular continuará aflutuar em cima da mistura 3 e então, quando os membro de agitador 18começam a operar novamente, pode ser movida para baixo pelos tubos 7, commistura forçada. O membro de purificação de fundo 19 empurra partículasrelativamente pesadas que se coletaram no fundo a um espaço de coletarebaixado 30, de qual esta lama é descarregada por linha 31.

Na célula de flotação 11 também há uma linha de descarga deefluente anular 20, que descarrega efluente do reator por uma linha dedescarga central 21. A linha 21 é provida com um ramal 22 para efluente serderivado e ser misturado com biogás que é derivado do topo do recipiente dereator por linha 23. 24 denota um tanque de compressão no qual a mistura debiogás e efluente é pressurizada a fim de que esta mistura, que é conhecidacomo água branca, então seja alimentada sob pressão, por linha 14, à célula deflotação 11 como líquido de flotação.

Claims (11)

1. Método para a purificação anaeróbica de lama, contendoconstituintes orgânicos, caracterizado pelo fato de que;(a) a lama a ser tratada é alimentada periodicamente oucontinuamente a um reator substancialmente fechado e cheio de mistura;(b) a lama é forçadamente misturada com a mistura do reator,submetendo-se a mistura no reator a um fluxo ascendente e a um fluxodescendente;(c) a mistura no reator é submetida a um processo de hidrólise; e(d) a mistura é submetida à flotação em uma célula de flotaçãopor injeção de um gás de baixo teor de oxigênio, tal como biogás provenientedo reator, e a camada flutuante de sólidos, que é formada, é retornada àmistura no reator, e o líquido de baixa quantidade de partículas, que éformado, é descarregado como efluente.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a célula de flotação é um tanque, que é aberto no topo, édelimitada por uma borda superior, e é posicionada no reator, preferivelmentena mistura, com sua borda superior a uma altura que é maior do que ou igualao nível da mistura localizada no reator.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que na etapa (d), o biogás proveniente do reator é pressurizado e édissolvido sob pressão em parte do efluente, e a água branca obtida destemodo, a fim de provocar a flotação, é injetada na célula de flotação de talmaneira que o nível na célula de flotação seja mais alto do que o nível damistura no reator.

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizadopelo fato de que a célula de flotação é provida com uma abertura dealimentação, que se abre para fora na mistura, e é, preferivelmente, provida nofundo da célula de flotação, e sendo que o biogás ou a água branca é injetadana célula de flotação pela abertura de alimentação de tal maneira que, por umaação ejetora, a mistura seja arrastada para fora do reator na célula de flotação.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizado pelo fato de que o fluxo ascendente no reator é geradoinjetando-se um líquido, preferivelmente um efluente se originando da célulade flotação, no fundo do reator, tendo o líquido, preferivelmente, uma altaalcalinidade.

6. Dispositivo para a purificação anaeróbica de uma lama quecontém constituintes orgânicos, caracterizado pelo fato de compreender:- um reator de hidrólise substancialmente fechado do tipo comfluxo ascendente e descendente;- meio de alimentação e mistura para alimentar a lama aoreator, preferivelmente com mistura forçada, e para misturar a lama no reatorcom mistura que já está presente no reator;- uma célula de flotação que está posicionada dentro do reatore está em comunicação fluida com o interior do reator, por um lado, por umaabertura de alimentação para alimentar a mistura proveniente do reator àcélula de flotação e, por outro lado, uma abertura de descarga paradescarregar a camada flutuante que é formada na célula de flotação durante ouso da célula de flotação;- um sistema de tubo de suprimento de gás de flotação paraprover um gás de flotação, em particular um gás de flotação de baixo teor deoxigênio, para dentro da célula de flotação.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o sistema de suprimento de gás de flotação inclui uma linhade derivação de biogás para derivar biogás do topo do reator, e meio debombeamento para injetar o dito biogás na célula de flotação por umaabertura de injeção.

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o sistema de suprimento de gás de flotação também incluiuma linha de derivação de efluente, que se abre para fora na célula de flotaçãoe está em comunicação com a linha de derivação de biogás, a fim dejuntamente conduzir como uma linha de suprimento de água branca para aabertura de injeção.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7 ou 8,caracterizado pelo fato de que a abertura de injeção está posicionada de talmaneira em relação à abertura de alimentação da célula de flotação, que, coma abertura de alimentação localizada na mistura durante o uso, durante ainjeção do gás de baixo teor de oxigênio ou da água branca, uma ação ejetoraseja gerada, a qual arrasta a mistura proveniente do reator para dentro dacélula de flotação.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma dasreivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a célula de flotação é umtanque, que é aberto no topo, e é delimitada por uma borda periférica, e sendoque o meio de bombeamento alimenta o gás de baixo teor de oxigênio ou aágua branca à célula de flotação sob uma pressão que é tal que, durante uso, onível na célula de flotação possa alcançar uma altura que seja mais alta do queo nível da mistura no reator, cuja altura é determinada pela borda periférica.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma dasreivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de que o meio de alimentação ede mistura inclui pelo menos um tubo de escoamento ascendente, que estádisposto no ou ao longo do tanque e a extremidade superior do membro,durante a operação, está a um nível mais baixo do que o nível da mistura noreator, sendo que o tubo é provido com um misturador que, durante aoperação, gera um fluxo descendente pelo tubo, em que o tubo é provido, naextremidade de fundo, com uma abertura de saída, e sendo que uma linha dealimentação de lama se abre para fora no tubo.