BRPI0616622B1 - processo de tratamento de água incluindo uma etapa de separação de sólido-líquiido seguida por pelo menos uma etapa de filtração . - Google Patents

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Abstract

processo de tratamento de água compreendendo uma etapa de deposição rápida seguida por uma etapa de filtração que é realizada diretamente sobre as membranas de micro- ou ultra-filtraçao e correspondente dispositivo. a invenção refere-se a um processo de tratamento de água compreendendo uma etapa de separação de líquido/sólido (1) seguida por pelo menos uma etapa de filtração (2) . a invenção é caracterizada em que a etapa de separação de sólido/líquido (1) compreende uma etapa de deposição que é realizada em uma velocidade de superfície de mais que 15 m/h e em que a etapa de filtração (2) é realizada diretamente sobre pelo menos uma membrana de microfiltração ou ultra-filtração.

Description

“PROCESSO DE TRATAMENTO DE ÁGUA INCLUINDO UMA ETAPA DE SEPARAÇÃO DE SÓLIDO-LÍQUIDO SEGUIDA POR PELO MENOS UMA ETAPA DE FILTRAÇÃO” [001 ]0 campo da invenção é o campo de tratamento de água. Mais precisamente, a invenção refere-se a processos de tratamento de água incluindo uma etapa de separação de sólido-líquido e pelo menos uma etapa de filtração.
[002] A invenção aplica-se em particular, mas não exclusivamente, ao pré-tratamento de água pretendida para subseqüentemente sofrer uma osmose reversa ou tratamento de membrana de nanofiltração.
[003] Mais genericamente, a invenção é aplicada em particular a: - o campo de reutilização de água de despejo para vários usos (água de processo industrial, água de indústria de micro-eletrônica, infiltração de mesa de água, água de beber, etc.); - dessalinização de água do mar ou água salgada; - o tratamento de água de superfície com alta variação em turbidez e/ou matéria orgânica; - o tratamento de água de superfície com alta variação em algas ou qualquer outras substâncias orgânicas ou inorgânicas tendo uma capacidade de entupimento.
[004] Águas de superfície convencionais (água de rio, lago ou represa) são algumas vezes submetidas a um tratamento de filtração sobre membranas de nanofiltração de modo a reduzir os teores de pesticida e outros micropoluentes orgânicos que podem ser removidos por nanofiltração.
[005] Nanofiltração também permite remoção de anions bivalentes, como sulfatos, assim como redução de teor de outros sais, como nitratos, por exemplo.
[006] Osmose reversa usa membranas similares àquelas de nanofiltração, mas com um maior poder de separação. Ela permite remoção de quase todos os poluentes orgânicos e inorgânicos da água. Osmose reversa é usada em particular na produção de água para consumo humano ou água de processo ou caldeira a partir de água do mar ou água salgada.
[007] Osmose reversa é também crescentemente usada como um tratamento quando reutilizando água de despejo de modo a produzir água de processo após ela ter passado através de uma instalação de tratamento de água de despejo.
[008] Membranas de osmose reversa, como aquelas de nanofiltração, são altamente sensíveis a entupimento e requerem um pré-tratamento de água de modo a reduzir a capacidade de entupimento. A capacidade de entupimento de água pretendida para nanofiltração ou osmose reversa é freqüentemente medida por seu índice de Densidade de Limo(SDI), que é normalmente pretendido ser limitado pelos pré-tratamentos para o menor valor possível, e, em qualquer caso, para um valor abaixo ou igual a 4 (SDI < 4).
[009] Realmente, altos valores SDI, acima de 4, por exemplo, conduzem a excessivo entupimento das membranas de osmose reversa ou nanofiltração, requerendo frequente lavagem química das membranas, pelo que reduzindo seu tempo de vida.
[010] Os pré-tratamentos correntemente usados à montante dos tratamentos de osmose reversa e membrana de nanofiltração usualmente combinam uma separação sólido-líquido em baixa velocidade (deposição simples ou lamelar, ou flotação, em velocidades abaixo de 15 m/h) com filtração com areia e/ou carbono.
[011] Coagulação de floculação é freqüentemente realizada à montante da separação de sólido-líquido.
[012] Entretanto, o SDI de água pré-tratada através destas técnicas convencionais freqüentemente flutua, em uma maneira que é difícil de controlar e é difícil manter o mesmo continuamente em um valor abaixo ou igual a 4.
[013] Além disso, os pré-tratamentos convencionais requerem equipamentos volumosos (deposição em menos que 15 m/h, filtração sobre material granular em um estágio, e algumas vezes mesmo dois estágios), e não produzem continuamente, ou produzem com dificuldade, os desejados valores SDI abaixo de 4.
[014] A invenção tem por alvo em particular superar as desvantagens da técnica anterior.
[015] Mais precisamente, a invenção tem por alvo propor um processo de tratamento que permite melhor controle de índice de entupimento (ou SDI) da água tratada comparado com as soluções da técnica anterior, ou seja, reduzir este índice com relação àquele obtido com técnicas conhecidas.
[016] A invenção também tem por alvo prover um processo tal que permita redução de volume do correspondente equipamento.
[017] A invenção também tem por alvo propor um dispositivo para implementação de um processo de acordo com a invenção.
[018] Um outro objetivo da invenção é propor um processo tal e um dispositivo tal com um desenho simples e que sejam de fácil implementação.
[019] Estes objetivos, assim como outros, que aparecerão abaixo, são obtidos pela invenção, que refere-se a um processo de tratamento de água incluindo uma etapa de separação de sólido-líquido seguida por pelo menos uma etapa de filtração, caracterizado em que a dita etapa de separação de sólido-líquido inclui uma etapa de deposição realizada em uma velocidade superficial maior que 15 m/h, e em que a dita etapa de filtração é realizada diretamente sobre pelo menos uma membrana de microfiltração ou ultrafiltração.
[020] É entendido que, de acordo com a invenção, o fato de que a etapa de filtração é realizada “diretamente” sobre membranas significa que nenhuma filtração granular inerte massiva é realizada à montante da etapa de ultra ou microfiltração.
[021 ]A invenção por isso contradiz o que foi anteriormente acreditado por uma pessoa versada na técnica, por exemplo que um SDI suficientemente baixo pode ser obtido, em um pré-tratamento, somente com deposição lenta, e através de combinação desta deposição com uma filtração com areia e/ou carbono.
[022] Entretanto, o requerente verificou inesperadamente que o uso de técnicas de rápida separação de sólido-líquido realizada em velocidades acima de 15 m/h, capazes de atingirem mais que 30 m/h, e mesmo 90 a 200 m/h, seguida, sem a interposição de uma filtração preliminar com areia ou antracita, através de filtração direta sobre membranas de micro ou ultrafiltração, pode permitir, compacta e economicamente, obtenção contínua de água com um SDI abaixo de 4, e mesmo atingindo valores abaixo de 3 ou mesmo 2.
[023] A invenção supera os dois defeitos da técnica anterior, incluindo: [024] - a falta de compactação devido à combinação de separadores operando em velocidades abaixo de 15 m/h com uma ou mais etapas de filtração sobre material granular (usualmente areia ou combinação de areia - antracita);
[025] - a dificuldade de obtenção contínua de um SDI abaixo de 4.
[026] De acordo com uma primeira realização, a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada através de deposição de floco lastreado de material granular inerte fino com uma densidade maior que aquela de água.
[027] Neste caso, a dita etapa de deposição de floco lastreado é preferivelmente realizada usando areia fina.
[028] Os testes realizados pelo requerente realmente mostraram que SDIs abaixo de 4, freqüentemente mesmo abaixo de 2, foram continuamente obtidos para água pré-tratada com uma primeira etapa de separação de sólido-líquido realizada em mais que 15 m/h em separadores de floco de lodo lastreado do tipo descrito nos pedidos de patentes publicados sob os números FR-2 553 082 e US-4 388 195, mas também em mais que 30 m/h através de flotação e de 30 a 90 m/h e mais rápido quando usando separadores de floco lastreados do tipo descrito nas patentes publicadas sob os números FR-2 627 704 e FR-2 719 234, então uma segunda etapa de microfiltração (MF) ou ultrafiltração (UF) em módulos pressurizados ou imersos.
[029] De acordo com uma segunda realização, a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada por flotação.
[030] De acordo com uma terceira realização, a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada através de deposição de floco lastreado com recircu-lação de lodo.
[031 ]De acordo com uma solução vantajosa, o processo inclui pelo menos uma etapa de desentupimento da dita membrana(s), onde a água de desentupi-mento é reciclada à montante da dita etapa de separação de sólido-líquido.
[032] De acordo com uma possível alternativa, o processo inclui uma etapa de injeção na dita água, durante a dita etapa de separação de sólido-líquido, pelo menos um dos reagentes pertencendo ao seguinte grupo: coagulante orgânico; coagulante inorgânico; floculante orgânico; floculante inorgânico; absorvente orgânico; absorvente inorgânico.
[033] De acordo com outra alternativa vantajosa, o processo inclui pelo menos uma etapa de injeção na dita água, entre a dita etapa de separação de sólido-líquido e dita etapa de filtração por membrana, de pelo menos um reagente oxi-dante.
[034] Neste caso, o dito reagente(s) oxidante inclui pelo menos um dos reagentes pertencendo ao seguinte grupo: - ozônio; - oxidantes clorados; - peróxido de hidrogênio.
[035] Ainda de acordo com uma outra alternativa vantajosa, o processo inclui uma etapa de tratamento UV realizada entre a dita etapa de separação de sólido-líquido e a dita etapa de filtração de membrana.
[036] De acordo com uma outra alternativa, o processo inclui pelo menos uma etapa de injeção na dita água, entre a dita etapa de separação de sólido -líquido e a dita etapa de filtração por membrana, de pulverizado de carvão ativo.
[037] O processo preferencialmente inclui uma etapa de tratamento através de osmose reversa realizada à jusante da dita etapa de filtração de membrana.
[038] O processo inclui uma etapa de nanofiltração realizada à jusante da dita etapa de filtração de membrana.
[039] A invenção também refere-se a um dispositivo de tratamento de água incluindo meios de separação de sólido-líquido e meios de filtração, caracterizado em que os ditos meios de separação de sólido-líquido incluem pelo menos um separador operando em uma velocidade superficial maior que 15 m/h, cujos meios de filtração incluem primeiro meio de filtração provido de modo que a primeira etapa de filtração após a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada usando pelo menos uma membrana de microfiltração ou ultra-filtração.
[040] De acordo com uma primeira realização, os ditos meios de separação de sólido-líquido incluem meios para injeção de um coagulante, pelo menos um tanque de floculação associado com meios para injeção de areia fina no ou à montante do dito tanque de floculação, pelo menos um tanque de deposição associado com meios para extração de água depositada, e meios para extração de lama de clarificador.
[041] Neste caso, o dispositivo preferencial mente inclui meios para recir-culação de uma mistura da dita lama clarificada e a dita areia no ou à montante do dito tanque de floculação.
[042] De acordo com uma segunda realização, os ditos meios de separação de sólido-líquido incluem pelo menos um tanque de flotação associado com pelo menos um dispositivo de produção de micro-bolhas.
[043] O dispositivo preferencial mente inclui meios para injeção de água para desentupimento da dita membrana(s) e meios para recirculação da dita água de desentupimento no nível de ou à montante dos ditos meios de separação de sólido-líquido.
[044] De acordo com uma solução vantajosa, o dispositivo inclui meios de injeção de ozônio à jusante ou à montante dos ditos meios de separação de sólido-líquido.
[045] O dispositivo vantajosamente inclui meios para filtração de osmose reversa ou meios para nanofiltração à jusante dos ditos primeiros meios de filtração.
[046] De acordo com uma solução vantajosa, o dispositivo inclui meios para desvio dos ditos meios de separação de sólido-líquido.
[047] De acordo com uma outra solução vantajosa, o dispositivo inclui meios para desvio dos ditos meios de injeção de ozônio.
[048] Assim é possível realizar um tratamento direto de ultra ou microfiltra-ção se a qualidade variável da água bruta permite um tal tratamento de membrana direto com ou sem a injeção de um coagulante ou floculante.
[049] Outras características e vantagens da invenção tornar-se-ão mais claras com leitura da seguinte descrição de duas realizações preferidas da invenção, dadas como exemplos ilustrativos mas não limitantes, e desenhos apostos nos quais: - figura 1 é uma vista esquemática de uma primeira realização da invenção de acordo com uma versão simplificada; - a figura 2 é uma vista esquemática de uma segunda realização da invenção de acordo com uma versão preferida.
[050] Como indicado acima, o princípio da invenção consiste em pré-trata-mento de água usando um processo incluindo pelo menos uma etapa de separação de sólido-líquido seguida por pelo menos uma etapa de filtração sobre membranas de micro ou ultrafiltração, onde a etapa de separação de sólido-líquido é realizada em uma velocidade superficial maior que 15 m/h e nenhuma filtração de massa granular inerte é realizada à montante da dita etapa de ultra ou microfiltra-ção.
[051] Dependendo da natureza e a composição da água bruta a ser tratada, o pré-tratamento é aperfeiçoado pela adição de um ou mais reagentes a partir do seguinte: - coagulante inorgânico, tal como um sal de ferro ou alumínio, ou coagu-lante orgânico, tais como polímeros incluindo cloreto de poli dialil dimetil amônio (polímero orgânico catiônico), principalmente à montante da separação de sólido-líquido, mas também, opcionalmente, à montante das membranas MF ou UF; - floculante orgânico, tais como polímeros acrílicos, por exemplo, mas também floculante inorgânico, como argila, principalmente à montante da separação de sólido-líquido; - reagente oxidante ou desinfetante (preferencialmente ozônio, mas também cloro e seus derivados, peróxido de hidrogênio, ou mesmo radiação UV) entre a separação de sólido-líquido e a filtração MF ou UF; - absorvente orgânico ou inorgânico, tal como pulverizado de carvão ativo, tanto à montante da separação sólido-líquido, como entre a dita separação e a etapa de membrana MF ou UF.
[052] Estes reagentes são usados principalmente nos seguintes casos: - os coagulantes e floculantes serão usados para água com altas concentrações de materiais orgânicos, colóides ou partículas em suspensão; - o ozônio será usado no caso de água bruta com algas, plâncton, ou outros microorganismos vivos, por exemplo, na fase de crescimento de algas, assim como no caso de água com concentrações de ferro ou manganês ou água túrbida; - o pulverizado de carvão ativo será usado no caso de água com altas concentrações de hidrocarbonetos e micro-poluentes dissolvidos, afetando a capacidade de entupimento da água.
[053] O processo também permite que membranas de micro ou ultrafiltra-ção sejam desentupidas, e a água de desentupimento é preferencialmente recir-culada na parte superior do dispositivo de separação de sólido-líquido.
[054] Uma possível etapa final de osmose reversa ou nanofiltração é realizada à jusante da etapa de micro ou ultrafiltração, sobre água pré-tratada, assim exibindo continuamente um SDI abaixo de 4.
[055] De acordo com uma versão simplificada como mostrada na figura 1, um dispositivo para implementação do processo como descrito acima inclui meios de separação de sólido-líquido de alta velocidade (maior que 15 m/h) 1, escolhidos entre as técnicas de deposição lamelar ou simples, ou flotação, seguida por filtra-ção 2 sobre membranas de micro ou ultrafiltração.
[056] Preferencialmente, meios para injeção de um coagulante 3 e um flo-culante 4 são providos à montante da etapa de separação de sólido-líquido.
[057] Meios 5 para reciclagem de água para desentupimento de membranas estão presentes à montante da etapa de separação de sólido-líquido de modo a minimizar a perda de água.
[058] Na versão preferida mostrada esquematicamente na figura 2, a invenção inclui meios para coagulação 3, floculação 4 e deposição de floco lastre-ado com micro-areai 1 em uma velocidade de deposição variando entre 15 e 200 m/h, preferencialmente entre 30 e 90 m/h.
[059] Os meios de separação de sólido-líquido incluem um tanque de deposição 1, à jusante de tanque de floculação 4, cujo tanque de floculação está associado com meios para extração de água depositada 1b1 e meios para extração de lama de clarificador 1b2 providos de modo a assegurar recirculação da mistura de areia / lama clarificada no tanque 4 (ou à montante do mesmo) e extração da lama 1b3 para o tratamento de lama. À jusante dos tanques de floculação e deposição, meios de injeção de ozônio 6 são providos para injeção em uma taxa de entre 0,5 e 5 mg de O3/L, então meios são providos para filtração sobre membranas de ultra ou micro-filtração, cuja água de desentupimento é retornada através de circuito de reciclagem 5 na parte superior da floculação - deposição.
[060]O tanque de flotação preferencialmente integra um dispositivo de produção de micro-bolhas.
[061 ]0 sistema de tratamento preferivelmente será equipado com circuitos para desvio 7 de etapa de separação de sólido-líquido e 8 a etapa de ozonização opcional, de modo a permitir um tratamento direto de ultra ou microfiltração, se a qualidade variável da água bruta permite um tal tratamento direto de membrana, com ou sem a injeção de coagulante ou floculante.
[062] Reagentes químicos podem ser injetados na parte superior da separação de sólido-líquido usando meios de injeção 10.
[063] Pulverizado de carvão ativo também podem ser injetados na parte superior da separação de sólido-líquido através de meios de injeção 10 ou 11, entre a separação de sólido-líquido e a etapa de microfiltração.
[064] O tratamento é completado, se este é o objetivo final do tratamento, por um tratamento de nanofiltração ou filtração por membrana de osmose reversa 9.
[065] Testes foram realizados com o processo e dispositivo descritos acima.
[066] Os resultados, resumidos na Tabela 1, são como se seguem.
[067] Água de superfície bruta, colorida e orgânica, com uma turbidez que atingiu até 2000 NTU durante os testes e da qual o SDI de 5 minutos foi maior que 15, foi enviada através de uma primeira etapa de coagulação (com sulfato de alumínio em 10-12 mg Al/litro de água), floculação, e deposição usando lastro de areia em um separador de floco lastreado ACTIFLO (marca registrada).
[068] A água clarificada, com uma turbidez abaixo de 5 NTU e um SDI de 15 minutos abaixo de 6, foi então enviada para um módulo de microfiltração com um corte de 0,1 μηι. A água deixando a microfiltração teve uma turbidez abaixo de 0,2 NTU, e continuamente exibiu um SDI abaixo de 4.
Tabela 1 [069] Testes complementares (resumidos na Tabela 2) foram realizados através da adição de uma etapa de ozonização após a etapa de clarificação com "ACTIFLOT
[070] Embora o número de partícuias na água bruta fosse maior que 2000 u/mL, e na água clarificada fosse abaixo de 500 u/mL, ozonização permite manter o número de partículas entre 50 e 100 u/mL na água clarificada ozonizada, correspondendo a um SDI de 15 minutos abaixo de 5 (ao invés de 6 para água clarificada sem ozonização).
[071 ]É notável que o SDI obtido após microfiltração da água clarificada ozonizada estava abaixo de 3 (valor abaixo de SDI < 4 obtido sem ozonização).
Tabela 2 REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Processo de tratamento de água incluindo uma etapa de separação de sólido-líquido seguida por pelo menos uma etapa de filtração, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de que a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada através de sedimentação de floco lastreado com recirculação de lama e incluí uma etapa de sedimentação realizada em uma velocidade maior que 15 m/h, e em que a dita etapa de filtração é realizada diretamente sobre pelo menos uma membrana de microfiltração ou ultra-filtração,
2. Processo de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita etapa de separação de sólido-líquido é realizada por sedimentação através de floco lastreado com um material granular inerte fino tendo uma densidade maior que aquela da água.
3. Processo de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita etapa de sedimentação de floco lastreado é realizada com areia fina.
4. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de incluir pelo menos uma etapa de desentupimento da(s) dita(s) membrana(s), em que a água de desentupimento é reciclada à montante da dita etapa de separação de sólido-líquido.
5. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de incluir uma etapa de injeção, na dita água, durante a dita etapa de separação de sólido-líquido, de pelo menos um dos ditos reagentes pertencendo ao seguinte grupo: - coagulante orgânico; - coagulante inorgânico; - floculante orgânico; - floculante inorgânico; - absorvente orgânico; - absorvente inorgânico.
6. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de incluir pelo menos uma etapa de injeção de pelo menos um reagente oxidante na dita água, entre a dita etapa de separação de sólido-líquido e a dita etapa de filtração por membrana.
7. Processo de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o(s) dito(s) reagente(s) oxidante(s) inclui/in-cluem pelo menos um dos reagentes pertencendo ao seguinte grupo: - ozônio; - oxidantes clorados; - peróxido de hidrogênio.
8. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de incluir uma etapa de tratamento UV realizada entre a dita etapa de separação de sólido-líquido e a dita etapa de filtração por membrana.
9. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de incluir pelo menos uma etapa de injeção de carvão ativo pulverizado na dita água, entre a dita etapa de separação de sólido-líquido e a dita etapa de filtração por membrana.
10. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de incluir uma etapa de tratamento de osmose reversa realizada à jusante da dita etapa de filtração por membrana.
11. Processo de tratamento de água, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de incluir uma etapa de nano-filtração realizada à jusante da dita etapa de filtração por membrana.
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