A rota do processo é MBR + DTRO. Esta via combina tratamento biológico e físico, aproveitando plenamente as vantagens de cada um e superando suas respectivas desvantagens. Isto garante um tratamento estável e confiável que atende aos padrões de descarga, ao mesmo tempo que economiza terreno, investimento e custos operacionais, além de facilitar a operação e o gerenciamento.
Parte Um: Descrição do Fluxo do Sistema Biológico
O sistema biológico inclui um tanque de homogeneização e equalização, um tanque de homogeneização, um tanque de desnitrificação, um tanque de nitrificação, um sistema de tratamento de lodo e sistemas auxiliares (bombas de alimentação, sistemas de armazenamento de produtos químicos, sistemas de resfriamento e todos os equipamentos individuais não listados em outros sistemas).
O lixiviado do tanque de equalização é primeiro elevado para um filtro de mangas instalado acima do tanque de homogeneização. O filtro de mangas pode interceptar partículas maiores que 0,5 mm. As bolsas filtrantes precisam ser substituídas quando a perda de pressão atingir determinado valor. Os sacos de filtro podem ser reutilizados após a limpeza.
O lixiviado filtrado flui por gravidade para o tanque de homogeneização. Um misturador dentro do tanque agita e mistura lixiviados de diferentes fontes e em diferentes momentos, conseguindo a homogeneização e estabilização do afluente para subsequentes instalações de tratamento. O sistema biológico consiste principalmente em um tanque de desnitrificação, um tanque de nitrificação, um sistema antiespumante e um sistema de resfriamento. Equipamentos auxiliares de outros sistemas também estão incluídos no sistema biológico. Existe um conjunto de tanques de desnitrificação e um conjunto de tanques de nitrificação. O efluente do tanque de equalização entra na linha de produção do sistema biológico. O sistema biológico é um reator biológico do tipo-AO. Os microrganismos aeróbicos no reator se decompõem e utilizam a matéria orgânica da água, sintetizando tecidos celulares e liberando água e dióxido de carbono. Uma porção do nitrogênio amoniacal na água é usada para a síntese celular na reação de remoção de carbono, e o restante é utilizado por bactérias nitrificantes para produzir nitratos e nitritos. Os nitratos e nitritos são devolvidos ao tanque de desnitrificação com o líquido de nitrificação, onde a desnitrificação ocorre em ambiente anaeróbico. Os nitratos e nitritos são reduzidos, gerando gás nitrogênio que escapa, conseguindo assim a remoção do nitrogênio.
O sistema de aeração consiste em aeradores a jato, bombas a jato e sopradores. As bombas a jato fornecem água pressurizada com alta-vazão-, enquanto os sopradores fornecem ar comprimido. Esses dois componentes se misturam e são liberados pelos tubos venturi dos aeradores a jato, formando microbolhas uniformes que se difundem uniformemente pela água, alcançando uma eficiência de oxigenação superior a 25%. Isto atinge simultaneamente a agitação geral do volume de água. O tanque de tratamento biológico é um reator totalmente misto; o lixiviado-de alta concentração que entra no sistema é imediatamente diluído e difundido, evitando danos aos microorganismos.
Devido à alta concentração de lodo no tanque de tratamento biológico, recomenda-se o uso de aeradores a jato importados-de alta-oxigenação-europeia para garantir reações biológicas suaves.
Devido às características especiais do lixiviado do aterro, uma grande quantidade de espuma pode ser gerada durante a fase de cultivo biológico e operação. Este sistema incorpora tanto a antiespumação química quanto a antiespumante hidráulica. A antiespumação química suprime a formação de espuma adicionando agentes antiespumantes, enquanto a antiespumante hidráulica elimina a espuma pulverizando água em locais importantes, como bueiros e orifícios de instalação.
O processo bioquímico gera uma quantidade significativa de calor, elevando a temperatura do reator e dificultando o funcionamento do sistema. Portanto, é implementado um sistema de resfriamento, utilizando uma torre de resfriamento para fornecer água de resfriamento aos tanques bioquímicos por meio de trocadores de calor. Este sistema de resfriamento único resfria ambos os tanques de nitrificação. O sistema de controle automático do sistema bioquímico consiste principalmente em vários sensores, módulos de entrada/saída e um PLC. O sistema de monitoramento de água influente monitora principalmente vazão, condutividade e pH. Os tanques bioquímicos monitoram principalmente pH, oxigênio dissolvido, temperatura e nível de líquido. A análise desses parâmetros controla a taxa de aeração, a taxa de descarga de lodo e o tempo de operação da ultrafiltração (UF) para criar um ambiente adequado para microrganismos.
O sistema UF retira água dos tanques de nitrificação para separação do lodo-da água. A mistura concentrada de lodo-água é então devolvida à seção de desnitrificação como refluxo interno.
O sistema bioquímico descarrega diariamente aproximadamente 12 toneladas de lodo, com teor de umidade projetado de 98,5%. Devido à baixa concentração de lodo, um tanque de espessamento de lodo é incluído no sistema para espessamento por gravidade do lodo descarregado. A lama espessada é então bombeada para uma máquina centrífuga de desidratação. Após a centrifugação, o filtrado desidratado é bombeado de volta ao sistema bioquímico para tratamento posterior. A torta de lodo, com teor de umidade inferior a 80%, é encaminhada para aterro sanitário para disposição.
Parte Dois: Descrição do fluxo do processo do sistema de ultrafiltração
Este sistema de ultrafiltração utiliza um sistema de ultrafiltração tubular externo. A água é retirada do tanque de nitrificação. A bomba de entrada de UF distribui o licor misturado do tanque bioquímico para o circuito de UF. A pressão máxima de ultrafiltração é de 6 bar. A mistura de lodo-água é bombeada para dentro do módulo de membrana tubular por meio de uma bomba de circulação. Sob a diferença de pressão através da membrana, a fase líquida permeia através da membrana, formando permeado, conseguindo a separação do lodo-da água. O lodo é devolvido ao tanque bioquímico para aumentar a concentração do lodo, ao mesmo tempo em que se consegue a recirculação interna do licor de nitrificação. Uma parte do lodo é descarregada como lodo excedente no tanque de espessamento de lodo. O permeado é descarregado no tanque de água limpa de ultrafiltração e entra no próximo processo de tratamento.
Em comparação com os processos tradicionais de tratamento biológico, as células microbianas são separadas do efluente por meio de um sistema de ultrafiltração de alta{0}}eficiência, garantindo que partículas maiores que 0,02 µm, microorganismos e sólidos suspensos-relacionados ao DQO sejam retidos com segurança no sistema. Isto alcança uma verdadeira separação entre o tempo de retenção hidráulica e o tempo de retenção de lodo. Ao controlar a idade do lodo, o objetivo de cultivar um grande número de bactérias nitrificantes é alcançado, melhorando significativamente a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal. O efluente da ultrafiltração é estéril, isento de sólidos e isento de substâncias biologicamente ativas. A concentração do lodo é mantida através de refluxo contínuo na ultrafiltração de fluxo cruzado.
O sistema de ultrafiltração possui uma alça, com quatro tubos de membrana em cada alça. Uma bomba de circulação separada fornece a vazão necessária ao longo da parede interna dos tubos da membrana, criando turbulência, gerando um grande fluxo de filtração e evitando entupimentos.
Os tubos de membrana também requerem lavagem e limpeza após um período de operação, o que é realizado por uma bomba de limpeza utilizando um tanque de limpeza contendo água limpa ou líquido claro. Cada loop pode ser lavado, limpo ou mantido enquanto outros loops estão operando. Uma válvula automática de controle de ar comprimido pode interromper simultaneamente a alimentação e o lodo remanescente nas tubulações é transportado para o tanque de tratamento biológico pela água de lavagem.
CIP é um processo de-frequência uniforme. Durante as fases posteriores da limpeza, as válvulas abrem de acordo com um programa, permitindo que a água de limpeza circule nos circuitos da membrana e retorne ao tanque de limpeza até que a limpeza completa seja alcançada. Se necessário, uma pequena quantidade de agente de limpeza de membrana pode ser adicionada ao tanque de limpeza durante as fases posteriores da limpeza.
Parte Três:DTRO (Sistema de Membrana de Osmose Reversa de Tubo de Disco) Descrição do Fluxo de Processo
Embora a maior parte da matéria orgânica e dos poluentes azotados dos efluentes do MBR tenham sido removidos, os níveis ainda estão longe de cumprir os padrões de descarga. A água ainda contém uma grande quantidade de matéria orgânica, íons incrustados e outros poluentes, representando um risco significativo para a operação estável do equipamento subsequente de separação por membrana. Devido aos padrões de descarga rigorosos e aos requisitos dos novos padrões para nitrogênio total, o sistema de membrana deve ter uma alta taxa de rejeição de nitratos, etc. Este projeto emprega um DTRO (sistema de membrana de osmose reversa de tubo de disco) com fortes capacidades anti-incrustantes e altas taxas de recuperação. O lixiviado de aterro tem uma composição complexa, contendo vários sais pouco solúveis, como cálcio, magnésio, bário e silício. Esses sais inorgânicos pouco solúveis são altamente concentrados após entrarem no sistema de osmose reversa. Quando a sua concentração excede a sua solubilidade sob certas condições, ocorrerá incrustação na superfície da membrana. Ajustar o pH da água bruta evita efetivamente a incrustação por sais inorgânicos carbonáticos; portanto, o pH da água bruta deve ser ajustado antes de entrar no sistema de osmose reversa.
O efluente MBR é bombeado para a coluna de membrana DTRO através da bomba de alimentação DTRO. Simultaneamente, o ácido é adicionado do tanque de armazenamento de ácido para ajustar o pH e é refluxado para mistura, atingindo o equilíbrio do pH. A linha de alimentação do sistema DTRO está equipada com um sensor de pH. O PLC determina o pH da água bruta e ajusta automaticamente a frequência da bomba dosadora para regular a adição de ácido, garantindo em última análise que o pH da solução bruta antes de entrar no sistema de osmose reversa atinja 6,1–6,5. A água bruta-com pH ajustado é bombeada para a coluna de membrana DTRO. O sistema DTRO consiste em um conjunto, cada um equipado com dois filtros de mangas de segurança. Sensores de pressão na entrada e na saída de cada filtro de mangas de segurança detectam automaticamente a pressão diferencial. Quando a pressão diferencial excede um determinado limite, o sistema solicita a substituição da bolsa filtrante. Os dois filtros de mangas de segurança operam em paralelo, permitindo a substituição online das mangas filtrantes. O filtro de segurança possui precisão de filtração de 50 μm, fornecendo a barreira protetora final para a membrana. A água bruta que passa pelo filtro de mangas de segurança entra diretamente na bomba de êmbolo de alta-pressão. O efluente, pressurizado pela bomba de alta-pressão, entra na coluna de membrana DTRO. O primeiro estágio da membrana é abastecido diretamente com água pela bomba de alta-pressão. Cada estágio da membrana é equipado com uma bomba de circulação on-line, que retorna uma porção do concentrado da saída da membrana para a entrada da bomba on-line para garantir vazão e velocidade suficientes na superfície da membrana, evitando incrustações na membrana.
O efluente da membrana é dividido em concentrado e permeado. Uma válvula reguladora de pressão na extremidade do concentrado controla a pressão dentro do módulo de membrana para atingir a taxa necessária de recuperação de água purificada. O concentrado é descarregado em um tanque de concentrado para tratamento posterior. O permeado entra em um tanque de armazenamento de água limpa para atender às suas próprias necessidades de limpeza. O excesso de água é descarregado em um tanque de equalização de efluentes e depois bombeado para o corpo hídrico receptor. A taxa de recuperação do sistema é de 80%.
O sistema de osmose reversa é um sistema de osmose reversa de média-pressão que usa membranas de osmose reversa de tubo de disco. A pressão operacional média da membrana de osmose reversa do tubo do disco é de 30 a 70 bar, com um limite máximo de pressão de 70 bar para osmose reversa de média-pressão. Como a água de alimentação é um líquido clarificado por ultrafiltração, o rendimento do líquido clarificado pode chegar a 80%. O sistema DTRO possui uma unidade, com um total de 70 colunas de membrana de osmose reversa de tubo de disco e uma área total de membrana de 658,3 m².
A unidade DTRO está equipada com as seguintes facilidades auxiliares:
⑴ Sistema CIP (Clean-In-Place): O sistema CIP é usado para lavagem, limpeza com água e limpeza química da unidade de osmose reversa.
⑵ Sistema de dosagem de ácido: Para evitar incrustações inorgânicas durante a operação de osmose reversa, um sistema de dosagem de ácido é instalado para ajustar o valor de pH da água de alimentação do sistema de osmose reversa.
⑶ Sistema de dosagem anti-incrustante: O sistema de dosagem anti-incrustante também é usado para evitar a formação de incrustações inorgânicas durante a operação de osmose reversa.
Como o lixiviado é pré-tratado usando um biorreator de membrana de desnitrificação totalmente biológico, o efluente da ultrafiltração está livre de sólidos suspensos e matéria orgânica biodegradável. Isto evita em grande parte a formação de incrustações inorgânicas e orgânicas na membrana de osmose reversa, reduzindo assim a frequência de limpeza da membrana de osmose reversa e permitindo que o sistema de osmose reversa opere sob pressão relativamente baixa, prolongando a vida útil da membrana de osmose reversa.