Campos desta Patente:

• Tratamento de efluentes aquosos contendo matéria orgânica;

· Adequação de efluentes líquidos para retorno ao solo ou cursos de água;

• Tratamento de esgotos sanitários e de cozinhas;

• Adequação de efluentes aquosos às leis de preservação ambiental;

• Economia de investimentos, de mão de obra operacional e de energia em tratamento de efluentes domésticos e comerciais.

Estado da Técnica.

A água doce é o recurso natural mais valioso para nossa espécie, definindo nossa distribuição geográfica. Por ser um recurso renovável, a água doce utilizada retorna aos reservatórios pelo seu ciclo normal, podendo ser reutilizada. Entretanto, à medida que a demanda de água aumenta, seu retorno aos reservatórios não acompanha sua retirada (Gleick, 1998). Ou pior, retorna contaminada, comprometendo os reservatórios e aumentando os custos de tratamento para captação de água potável.

Dentre os usos individuais da água que são considerados básicos para o ser humano, a descarga do vaso sanitário é responsável pelo maior gasto, perfazendo 40% do total utilizado diariamente (Gleick, 1996). Exatamente esta atividade é a que mais compromete a qualidade da água, uma vez que modifica fortemente suas propriedades e ainda a contamina com uma série de microrganismos patogênicos e toda a sorte de enteroparasitas (Clark, 1946).

Além da contaminação por organismos patogênicos, outro aspecto advindo da liberação de esgoto não tratado (ou impropriamente tratado) que é altamente deletério aos corpos d'água é a presença de sais, especialmente os íons nitrogenados (amónia, nitratos ou nitritos) e fosfatados (fosfatos). Quando liberados em grandes quantidades em corpos de água, podem causar sua eutrofização (Conley et al., 2009) estimulando o crescimento explosivo de grupos de algas, podendo reduzir sensivelmente a biodiversidade aquática por causa da redução do oxigénio disponível.

Outro aspecto não negligenciável na contaminação de corpos d'água por esgoto doméstico é o aumento na carga de matéria orgânica. Este aumento estimula o crescimento de microrganismos decompositores aeróbicos, que consomem o oxigénio dissolvido na água, impossibilitando seu uso por outros organismos aquáticos (Tonetti et al., 2003). Além disso, a depleção dos níveis de oxigénio estimula o crescimento de organismos anaeróbicos, que podem liberar na água substâncias tóxicas para a biota aquática. O método comumente utilizado para medir a quantidade de matéria orgânica biologicamente oxidável é "Déficit Bioquímico de Oxigénio" ou DBO (Tonetti et al., 2003).

O tratamento de esgotos é o, conjunto de ações pelas quais deve passar o esgoto bruto de forma a poder ser devolvido aos corpos de água sem causar contaminações ou mudanças físico-químicas nestes reservatórios. Isso inclui a retirada de matéria em suspensão, pigmentos, microrganismos e sais, especialmente de fósforo e nitrogénio (von Sperling, 2005). Os níveis aceitáveis para cada um destes componentes na água tratada pode variar de país para país. No Brasil, a legislação que define os padrões para os efluentes tratados é a Resolução CONAMA No. 357, de 17 de março de 2005 (CONAMA, 2005), apresentando diferentes classes para corpos d'água distintos. Dados do Programa de Pesquisas em Saneamento Básico informam que apenas um terço do esgoto gerado no Brasil é tratado (PROSAB 2005). O censo do IBGE (2000) afirma que 73% das cidades brasileiras têm menos de 20.000 habitantes e jogam seus esgotos diretamente nos corpos d'água. Isso faz com que a maior parte dos rios e lagos do Brasil ofereçam o risco constante de transmitir doenças como cólera, tifo, esquistossomose e enteropatias virais. É importante que sejam desenvolvidos sistemas que permitam a máxima redução de poluentes nestas águas. Entretanto, tais sistemas devem representar custos baixos e exigir pouca manutenção, já que, em média, estes mesmos municípios apresentam orçamentos baixos para grandes obras de infraestrutura e falta pessoal qualificado.

Ainda que almejem exatamente a mesma condição final no tratamento de efluentes aquosos de origem residencial e comercial, tais como restaurantes e lanchonetes, contendo matéria orgânica, os processos para tratamento de esgotos residenciais e comerciais são bastante variáveis do ponto de vista técnico; entretanto, predominantemente, são dos tipos que agem por biodegradação anaeróbica da matéria orgânica, produzindo água compatível com corpos de água e lodo, o qual é usado como adubo.

Os efluentes, carregados de matéria orgânica, que entram nos equipamentos biodigestores têm tempos variáveis de trânsito, isto é, da exposição ao processo desde a entrada do efluente até a sua saída, que dependem do volume de efluentes que entram nos equipamentos ao correr das horas do dia, sendo que é durante tais tempos que os mesmos ficam submetidos à ação do biota presente nos líquidos e no ambiente interno de tais reatores; tais tempos dependem também da temperatura ambiente e dos líquidos que entram.

Inovações trazidas ao Estado da Técnica pela "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA", objeto desta Patente. O objeto desta Patente consiste em um equipamento com recursos para executar um processo natural de biodegradação de matéria orgânica e eliminação de microrganismos, metazoários adultos, larvas e ovos, patogênicos ou não, para tratamento biológico de esgoto sanitário doméstico e de estabelecimentos comerciais que lidam com maiores quantidades dos mesmos insumos domésticos, tais como restaurantes, bares e lanchonetes.

O objeto desta Patente consiste em um reator compartimentado em várias seções, que - devido a inovadora manutenção de altas populações do biota decompositor, mantidas nas grandes superfícies de substratos ou chicanas feitas com produtos naturais como colmos de bambu e ou de outras gramíneas, xaxim, caules de palmáceas, epicarpos de coco e ou cavacos de madeiras, ensacados em reservatórios feitos em forma de telas de polímeros plásticos e, ainda, caules de umbaúbas, espécies do género Cecropia, da família das Moraceae, cujos caules ocos tem longa duração quando imersos em água, tendo sido usados no período colonial como condutores de águas - em curto espaço de tempo, tal como 4 a 8 horas - reduz eficientemente a carga poluidora do efluente e que pode ser construído em várias capacidades, desde para atender residências individuais como para atender condomínios, shopping centers etc.

Naturalmente, a velocidade de biodegradação é função da taxa metabólica do biota decompositor e esta, da temperatura; assim, os efluentes aquosos processados, podem exibir certa turbidez quando a temperatura é baixa, como nos períodos de inverno ou de chuvas ou quando o biorreator é submetido a entrada de grandes quantidades de líquidos e ou de muita carga de matéria orgânica, mas este problema é resolvido pela presença, interna na carcaça do biorreator, ou colocada externamente a este, de filtros de retenção feitos de camadas de brita, areia e carvão ativado. Embora o biorreator objeto desta Patente tenha um poder de biodegradação tão intenso que é mínima a formação de lodo, ele é dotado, também, de possibilidade de retro lavagem, isto é, de se passar água limpa em sentido oposto ao sentido de operação, para que a água assim passando em seu interior remova, mecanicamente, os resíduos e "grumos" de colónias de bactérias que se acumulam nas superfícies internas do biorreator e de suas chicanas celulósicas.

Ilustrações e funcionamento da "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA", objeto desta Patente.

A Figura 1 é uma vista lateral, em corte, esquemática, do biorreator e seus anexos que compõem a "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA" (1 ), mostrando sua carcaça (2), a ser feita preferencialmente de plásticos tais como PVC, PP, PEAD e quaisquer outros, podendo também ser feita de concreto, dita carcaça (2) contendo as divisões internas (3), que formam as câmaras (3A), que podem ocorrer em qualquer número, geralmente entre 4 e 8, em função da capacidade do reator, que se comunicam entre si pelos dutos de circulação (8), que são colocados alternadamente quanto ao nível de inserção dos mesmos, ora na parte superior ora na parte inferior de ditas câmaras (3A), de forma que os líquidos em tratamento, que entram pela parte superior do biorreator pelo duto de entrada (4) percorrem as chicanas (9) no sentido descendente, saem peia parte inferior da câmara (3A), tomam sentido ascendente na câmara (3A) seguinte e assim sucessivamente até saírem pelo duto de saída (5), colocado na parte superior do biorreator, de forma que o mesmo esteja sempre cheio de líquido em tratamento; na Figura 1 vemos também as várias tampas (T), que podem ocorrer em qualquer número e dimensões, apropriadas para a entrada de um homem; vemos também os pés (6), os quais são feitos do mesmo material do biorreator e se apoiam em base de concreto (7) devidamente nivelada, preferencialmente com uma leve inclinação no sentido da entrada para a saída.

Vemos também nesta Figura 1 os respiradores (R), presentes no topo de todas as câmaras (3A), cuja função é promover o equilíbrio de pressão entre o interior do biorreator e a atmosfera, sento também este o local por onde os gases da fermentação deixam o interior do biorreator.

e, em caso inverso, entra o ar que supre de oxigénio a flora anaeróbia. As chicanas (9) são estruturas formadas por bambus cujos colmos receberam furos nas suas vedações, ou feixes de outras gramíneas, amarrados por cordas plásticas ou presos em anéis de plásticos, para serem mantidos em posição, peças de xaxim, caules de palmáceas, epicarpos de coco e ou cavacos de madeiras, ensacados em reservatórios feitos em forma de telas de polímeros plásticos e, ainda, caules de umbaúbas, espécies do género Cecropia, da família das Moraceae, cujos caules são naturalmente ocos; são, portanto, matéria orgânica celulósica, cuja constituição dá à mesma, grande superfície, local no qual se instalam as colónias de bactérias decompositoras, as quais têm contato com os líquidos em tratamento.

Este grande contato com os líquidos em tratamento é uma das principais inovações da "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA" (1 ), pois tal forma de se construir grande superfície ativa de tratamento e promover grande contato entre elas e os líquidos em tratamento faz o objeto desta Patente ser muito mais eficiente que os similares e, em função desta característica, a água saída do reator é mais limpa e a formação de lodo em seu interior é mínima. A Figura 2 ilustra esquematicamente uma unidade dos sacos de tela (10) confeccionados preferentemente com fios de plástico cruzados, que contém, em seus interiores, a matéria orgânica citada, tais como cavacos de madeira, cascas de coco, cavacos de xaxim e outros materiais similares, embora se use, preferencialmente, os colmos de bambu.

A Figura 3 mostra a "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA" (1 ), composta pelo biorreator e seus dois anexos - filtro de água (10) e dispositivos para retrolavagem, que são formados pela fonte (F) de água limpa sob pressão e existente em quantidade compatível com a operação a que se destina, as válvulas (V1), (V2), (V3) e (V4) e o duto de esgotamento para retrolavagem (4A) - sendo que o filtro de água (10), embora mostrado nesta Figura 3, como uma parte isolada do biorreator, pode, também, ser colocado no interior deste, consistindo na última câmara (3A), no sentido do fluxo de líquidos no interior do mesmo.

Os dispositivos de retrolavagem constam, fundamentalmente, de um fonte de água limpa (F), sob pressão e volumes suficientes para atravessar o biorreator em sentido contrário ao seu fluxo operacional, pressão e volume estes que podem ser conseguidos por bombeamento ou por fornecimento a partir de tanque de água colocado em nível elevado em relação ao biorreator.

Para que a água da fonte de água limpa (F) promova a retrolavagem do biorreator, são abertas as válvulas (V1) e (V4) e fechadas as válvulas (V2) e (V3), sendo os efluentes originados da retrolavagem lançados ao solo, corpos d'água, ou em depósito próprio para posterior re- tratamento.

O filtro de água (10) é composto preferentemente por uma camada basal de brita (A), de 15% da altura total da câmara, seguida por uma camada de carvão ativado (B), intermediária, de 35% de sua altura, e de uma camada de areia lavada (C), superior, de 15% de sua altura, ficando livres os 35% superiores.

O funcionamento da "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA" (1 ) é o seguinte:

1 ^o - Inoculação das chicanas (9): o biorreator é preenchido com efluentes, com os quais trabalhará, previamente inoculados com um blend de bactérias anaeróbicas facultativas e aeróbicas, que se adsorvem aos colmos de bambu.

Tal blend de bactérias é o resultado da coleta, em quantidade suficiente, de vários esgotos, esterqueiras, fezes de vários animais tais como bovinos, suínos, aves e outros, bem como oriundas de outros biorreatores em operação, deixando-se o biorreator cheio de tal líquido e em repouso por alguns dias de forma que as chicanas (9) tenham suas superfícies inoculadas por tais micro-organismos que ali se desenvolvem com grande intensidade.

2 - Operação: O tratamento dos efluentes passa a ocorrer quando o fluxo atravessa o sistema. Os esgotos brutos, não tratados, entram na primeira câmara, passando pelas chicanas (9) formadas, preferencialmente, por colmos de bambu, que neste momento já estão cobertas por um biofilme de bactérias previamente inoculadas. Estas bactérias atuam degradando a matéria orgânica quimicamente complexa em compostos mais simples como gás carbónico, metano e íons, sendo que o excesso de gases deixam o interior do biorreator pelos respiradores (R); esta degradação da matéria orgânica é feita por vias essencialmente anaeróbicas, ainda que bactérias aeróbicas possam ocorrer em pequena quantidade, principalmente na primeira câmara. A degradação de matéria orgânica continua de maneira similar nas próximas câmaras, aumentando a eficiência do processo. Caso o biorreator tenha o filtro (10) em seu interior, colocado no interior da última das câmaras (3A), o efluente se infiltra na camada de brita (A), onde ocorre um processo físico de penei ramento. Ao passar pela camada de carvão ativado (B), o efluente é quimicamente tratado por adsorção de alguns compostos como H ₂ S (gás sulfídrico) e outras moléculas geradoras de odores desagradáveis. Por fim o efluente passa pela camada de areia (C), onde ocorre um processo bioquímico de oxidação, além de uma última filtragem, retendo material particulado que escapou da decomposição. Esta última etapa garante bons resultados, reduzindo a turbidez e sólidos suspensos da água.

Caso o filtro (10) seja construído à parte do corpo do biorreator, o processo é o mesmo, com a única diferença que é feito fora do biorreator.

3 - Retrolavagem: como anteriormente relatado, é feita com água limpa, de fonte (10) externa, que é fornecida em volume e pressão suficientes par atravessar o biorreator em sentido contrário de sua marcha operacional, o que é conseguido pela abertura das válvulas (V1 ) e (V4) e fechamento das válvulas (V2) e (V3), sendo que a água utilizada, remove os excessos de grumos formados sobre as chicanas (9) - que vão se formando e que com o tempo passam a diminuir a área útil de passagem de efluentes pelo interior do biorreator, e que podem ser removidas por fluxo de água limpa - e é jogada ao solo, em corpos d'água ou em tanques para reprocessamento, servindo também como inoculante para outros biorreatores.

4 - Renovação dos inoculantes: Como é possível que o interior do biorreator receba grandes quantidades de microbicidas, tais como detergentes, Hipoclorito de Sódio, desinfetantes e outros e, que nestes casos o biota decompositor é agredido, basta que o mesmo seja retrolavado e seja refeita a inoculação original. A Figura 4 é uma vista lateral do objeto desta Patente/já construído, na qual se vê a "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E COMERCIAIS CONTENDO MATÉRIA ORGÂNICA" (1 ), os pés (6), a base de concreto (7), o duto de entrada (4), o duto de saída (5), respiradores R e as tampas (T).

Acompanhamento diário de equipamentos já instalados pelos inventores, somados aos resultados das análises laboratoriais, mostram que o objeto desta Patente possui as seguintes vantagens sobre seus similares:

a) não gera odor;

b) pode ser utilizado em efluentes domésticos com grande quantidade de sólidos suspensos;

c) requer tempo mínimo de detenção hidráulica - média de 6 horas, entre 4 e 8 horas, para o processamento dispensar água de qualidade Classe II, portanto a mesma pode ser devolvida aos corpos hídricos ou mesmo ser reutilizada, conforme descreve o artigo quarto da Resolução CONAMA número 357/2005.

d) possui baixo custo de fabricação;

e) tem baixo custo de manutenção;

f) não consome energia;

g) produz quantidade mínima de lodo em relação aos demais reatores; h) é de fácil manejo, dispensando mão-de-obra especializada;

i) apresenta redução do índice de Débito Biológico de Oxigénio nos líquidos tratado, o que superior aos métodos correntes;

j) elimina até 90% da matéria orgânica biologicamente oxidável.