BRPI0617428A2 - mÉtodo e aparelho para tratamento de Água para prover Água relativamente purificada de um suprimento de Água contendo matÉria dissolvida - Google Patents

Abstract

<B>MÉTODO E APARELHO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA PARA PROVER ÁGUA RELATIVAMENTE PURIFICADA DE UM SUPRIMENTO DE ÁGUA CONTENDO MATÉRIA DISSOLVIDA<D>Método e aparelho de tratamento de água de acordo com osquais água de suprimento contendo matéria dissolvida é despachada para pelo menos uma superficie de tratamento. Um campo elétrico é criado na vizinhança da superficie de tratamento para fazer com que uma camada de hidratação seja estabelecida devido à natureza bipolar das moléculas de água. Água é, então, extraída da camada de hidratação. Esta extração pode ser efetuada por osmose ou pela remoção do(s) elemento(s) da água de suprimento com a água de camada de hidratação sobre a mesma, água de camada de desidratação sendo subseqílentemente extraída do(s) elemento(s).O método foi idealizado para reduzir consumo de energia para a finalidade de prover água potável a partir de água do mar.

Description

"MÉTODO E APARELHO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA PARAPROVER ÁGUA RELATIVAMENTE PURIFICADA DE UMSUPRIMENTO DE ÁGUA CONTENDO MATÉRIA DISSOLVIDA"

Descrição da invenção

Esta invenção refere-se a um método e aparelho parapurificação de água. A invenção tem a intenção de reduzir o consumo deenergia em tal tratamento para o fim de dessalinização de água do mar, paraprover água potável.

Em muitas partes do mundo, o único meio pela qual ademanda de água potável pode ser satisfeita é pela dessalinização da água domar, não havendo outra fonte de água possível. Infelizmente, as técnicasconhecidas de dessalinização consomem grandes quantidades de energia,agravando o problema mundial de consumo de energia.

Há duas técnicas de dessalinização principais conhecidas. Aprimeira é a destilação, na qual a água salina suprida é aquecida para produzirvapor que é, depois, condensado para prover água da qualidade exigida.Tipicamente, para cada 100 galões (378 litros) de água do mar, 15 galões(56,7 litros) a 50 galões (189 litros) de água potável poderiam ser produzidos.,o restante sendo solução salgada de rejeito contendo uma maior quantidade desólidos dissolvidos do que a água do mar original. Esta salmoura de rejeito édescarregada de volta ao mar.

A outra técnica principal usada na dessalinização é a osmoseinversa, na qual a água do mar de tomada é suprida a um lado de umamembrana semipermeável e sujeita a alta pressão. Moléculas de sal nãopassam através da membrana, mas a água passa, de modo que a água sobre ooutro lado da membrana proveniente da água do mar é produto utilizável.

É evidente de per si que o consumo de energia associado àdestilação como uma técnica de dessalinização é alto, mas as pressõesnecessárias para a osmose inversa funcionar são tão altas que está técnica temtambém um alto consumo de energia. Conseqüentemente, é um objetivo dapresente invenção prover purificação de água, os dessalinização, de um modono qual o consumo de energia é menor.

De acordo com um aspecto da invenção, provemos um métodode tratamento de água para prover água relativamente purificada de umsuprimento contendo matéria dissolvida, compreendendo criar um campoelétrico para fazer com que uma camada de hidratação de moléculas de águaseja estabelecida na água de suprimento, e extrair a água da camada dehidratação.

Preferivelmente, o método compreende distribuir água desuprimento para pelo menos uma superfície de tratamento; criar o campoelétrico, para fazer com que uma camada de hidratação a ser estabelecida, navizinhança da(s) superfície(s); e extrair a água de camada de hidratação davizinhança da(s) superfície (s).

A invenção provê ainda aparelho para tratamento de água, paraprover água relativamente purificada a partir de um suprimento contendomatéria dissolvida, compreendendo meios para criar um campo elétrico naágua suprida para fazer com que uma camada de hidratação seja estabelecidana mesma, e meios para extrair a água da camada de hidratação.

Pode haver meios para distribuir a água suprida para pelomenos uma superfície de tratamento; meios para criar o campo elétrico navizinhança da(s) superfície(s) de tratamento; e meios para extrair a água decamada de hidratação da vizinhança da(s) superfície(s).

A invenção faz uso do princípio que enuncia que, quandosujeitas a um campo elétrico, por exemplo, adjacente {a superfície tendo umcampo elétrico, moléculas de água se orientam de acordo com o campoelétrico e, sendo moléculas polarizadas, a estrutura da rede de ligação dehidrogênio nas moléculas de água é carregada. Ao redor de uma partículacarregada, uma concha de hidratação é estabelecida, compreendendo uma finacamada de moléculas de água orientadas. A espessura da camada, em termosde moléculas, depende da magnitude da carga. Na camada de hidratação, asmoléculas de água excluem outras moléculas e íons. Desse modo, embora acamada de hidratação seja fina e com espessura apenas para que umas poucasmoléculas (a espessura dependendo da resistência do campo elétrico àsuperfície) a água na camada de hidratação é água substancialmente pura, quepode ser extraída para uso com muito menos energia sendo consumida nestaextração do que se a camada de hidratação não estivesse presente. Embora oestabelecimento de campo elétrico envolva algum consumo de energia, oresultado geral é uma redução no consumo de energia.

A superfície ou superfícies de tratamento na ou na vizinhançada qual um campo elétrico é criado pode compreender uma membranasemipermeável, e a água da camada de hidratação em sua vizinhança pode serextraída pela sujeição da água suprida à pressão para causar fluxo osmótico daágua de camada de hidratação através da membrana.

Depois, a água que está sobre o outro lado da membrana desuprimento de água, tendo passado através da membrana, é sub-purificada,por exemplo, dessalinizada.

Quando a extração da água da concha de hidratação é efetuadapor osmose, a pressão necessária para causar tal osmose é substancialmentemenor do que a necessária para a dessalinização convencional por osmoseinversa. Desse modo, o consumo de energia no processo de dessalinizaçãopode ser grandemente reduzido.

O campo elétrico na superfície de tratamento pode ser criadopela aplicação de uma carga elétrica à mesma, ou a um eletrodo adjacente àsuperfície. A carga pode ser aplicada como um sinal de onda quadradaincluindo pulsos de forma quadrada separados por espaços (de sinal zero).

A vantagem de usar tal forma de onda para criar o campoelétrico na vizinhança da superfície é o fato de, durante os pulsos, o campoelétrico é aplicado rapidamente, e a camada de hidratação estabelecida (queleva um tempo finito, pequeno provavelmente). Durante os espaços entre ospulsos, a camada de hidratação é liberada e é capaz de passar através damembrana sob pressão.

Como uma alternativa para extração da água de camada dehidratação por fazer a mesma passar através de uma membrana, a água podeser extraída pelo provimento de pelo menos uma superfície de tratamentosobre um elemento move relativo ao suprimento de água e uma parte da qualé capaz de ser retirada da água suprida com a água de camada de hidrataçãosobre a mesma, para uma posição na qual a água de camada de hidrataçãopode ser removida do elemento.

O elemento pode ser girável e ter uma parte circunferencialimersa na água suprida e uma parte se estendendo acima da água suprida, demodo que a água de camada de hidratação possa, pela rotação do elemento,ser elevada acima da água suprida para uma posição na qual ela pode serextraída do elemento.

Tal elemento rotativo pode ter uma superfície que é capaz deser eletricamente carregada para estabelecer a camada de hidratação sobre omesmo e descarregada para liberar a água de camada de hidratação. Ele podeter a forma de um rolo vazado, tendo um elemento de carga interno paracarrega a sua superfície em uma posição dentro da água suprida e um eletrodode descarga em uma posição acima do nível da água suprida, onde a água decamada de hidratação sobre sua superfície seja extraída.

Em outro modo de realização, a superfície de tratamento podeser provida por uma pluralidade de elementos discretos móveis dento da águasuprida e capaz de ser removida dos mesmos portando a água de camada dehidratação que é subseqüentemente removida dos elementos.

Esses elementos podem ser de material capaz de ter uma cargaelétrica aplicada ao mesmo e descarregada do mesmo, respectivamente,quando introduzidos e removidos da água suprida. Eles podem ter tambémpropriedades magnéticas de modo que a sua remoção da água suprida possaser efetuada por um elemento de remoção magnético

A invenção será descrita agora por meio de exemplo comreferência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma vista em perspectiva de um primeiro modo derealização de aparelho para executar o método da invenção;

a figura 2 ilustra diagramaticamente um segundo aparelho paraexecutar o método da invenção;

a figura 3 ilustra diagramaticamente um terceiro md deaparelho para executar a invenção;

a figura 4 é seção transversal através de um elemento para usono aparelho na fg. 3.

Com referência primeiramente à figura 1 dos desenhos, estamostra um primeiro md de aparelho de acordo com um modo de realização dainvenção. Ela compreende um envoltório cilíndrico vazado 10 tendo tampasterminais 11, 12, respectivamente, unidas ao envoltório 10 em juntasresistentes à pressão com flanges aparafusados 13, 14. As tampas terminais11, 12 têm respectivos tubos 15, 16, um dos quais serve de entrada desuprimento de água para o aparelho de tratamento e a o outro para sua saída.Nas extremidades do envoltório 10 são providas placas de tubo 17, 18 e, entreestas duas placas, se estendem um número de elementos de tratamentotubulares 20 que incorporam membranas semipermeáveis permitindo osmoseinversa entre suas superfície interna e externa. Geralmente em sua regiãomediana, o envoltório 10 tem um tubo de saída 21 em comunicação comoespaço circundando os tubos 20, entre as placas de tubo 17, 18.

Dentro de cada um dos tubos 20 é disposto um eletrodo dearame helicoidal jazendo bem adjacente a sua superfície interna, comoindicado por 22.No uso, a água suprida, por exemplo, água do mar, éintroduzida através de um dos tubos 15, 16 e passa através dos elementostubulares 20 para ser descarregada através do outro dos tubos 15, 16. Umavoltagem de onda quadrada é aplicada aos eletrodos 22, compreendendopulsos de forma quadrada com espaços entre eles. Durante tais pulsos,camadas de hidratação são formadas sobre os eletrodos na vizinhança dassuperfícies internas dos elementos 20. Nos espaços entre os pulsos da ondaquadrada, a água de camada de hidratação pura é liberada e é capaz de passaratravés das membranas dos elementos 20. Uma pressão suficiente é mantidana água suprida para tal transporte osmótico da água de camada de hidrataçãoocorrer eficazmente. Tendo passado através das membranas dos elementos20, a água de camada de hidratação purificada é descarregada através do tubo21. A água suprida descarregada do aparelho tem, naturalmente, maiorconcentração salina do que a introduzida no aparelho.

Em uma alternativa possível, os eletrodos 22 podem sersubstituídos pelo provimento da superfície interna dos elementos tubulares 20com uma camada condutora prosa de modo que a camada de hidratação sejaestabelecida na superfície interna dos elementos 20 em vez de bem próximo asua vizinhança como é o caso com os eletrodos helicoidais 22. Uma camadacondutora porosa propiciando uma área superficial tão grande quanto possívelna qual a camada de hidratação pode ser estabelecida, pode ser provida porum material espumado de célula aberta condutor.

Com referência agora à fg. 2 dos desenhos, um aparelhoalternativo para executar a invenção ilustra um elemento de tratamentocilíndrico vazado 30 em um receptáculo 31 contendo suprimento de água a sertratada, por exemplo, água do ma. O elemento 30 é rotativo ao redor de seueixo longitudinal central indicado por 32, na direção da seta 33, e deverá sernotado que a parte indicada por 34 da superfície do elemento 30 se estendeacima do nível normal 35 da água suprida dentro do receptáculo 31.Dentro do elemento 30 fica disposto um eletrodo de carga 36 eum eletrodo de descarga37, o ele 30 sendo de um material de modo que elepossa ser eletricamente carregado pelo eletrodo 36 e manter o campo elétricooriginado por esta carga sobre sua superfície externa até serem descarregadopelo eletrodo 37. Os eletrodos 36, 37 são, na verdade, capacitivamenteacoplados à superfície do elemento 30 sobre o qual o campo elétrico éestabelecido.

Adjacente ao eletrodo de descarga 37, um conduto de saída deágua potável 38 contata a superfície externa do elemento 30.

No uso, com o elemento 30 girando na direção da seta 33, acarga estabelecida sobre o mesmo pelo eletrodo de carga 36 faz com que umacamada de hidratação 40 de água pura seja estabelecida sobre sua superfícieexterna e a rotação do elemento 30 faz com que essa camada de água sejaconduzida acima da superfície 35 da água suprida para a vizinhança doeletrodo de descarga 37. Quando o campo elétrico sobre o elemento éreduzido a zero pelo eletrodo de descarga 37, a água de camada de hidrataçãofica livre para fluir para o conduto de água potável 38 para ser despachadapara qualquer lugar em que seja necessária.

Com referência agora às figuras 3 e 4 dos desenhos, estasmostram um receptáculo, por exemplo, um conduto 50 contendo suprimentode água, por exemplo, água do mar. O aparelho faz uso de um grande númerode elementos de tratamento, conforme mostrado na figura 4, cada umcompreendendo um núcleo de ferrite 51 capaz de ser magnetizado e tambémeletricamente carregado para manter um campo elétrico. O núcleo 51 érevestido com um material condutor 52, dando ao elemento suficienteflutuabilidade para flutuar na água suprida. Tal elemento, se carregado comuma carga elétrica negativa, será cercado por uma camada de hidratação 53 deágua.

A figura 3 mostra parafuso de suprimento 55 provido no fundodo receptáculo 15, despachando elementos conforme mostrado na figura 4continuamente para um eletrodo de carga rotativo 56 que é magnetizado emtrês quartos de sua circunferência. Os elementos são coletados pelo eletrodo ecarregados eletricamente, e quando o eletrodo 56 gira, seu campo magnético édesligado e os elementos carregados liberados para a água salgada. Oselementos fluem para o topo do receptáculo 50, e são coletados por um rolode coleta 57 que é similar em construção ao eletrodo de carga. Um eletrodo dedescarga 58 descarrega o campo elétrico dos elementos, liberando a água purapara fluir para um conduto de saída de água 59, enquanto os elementos detratamento são despachados em 60 para o parafuso de suprimento 55.

Quando usados neste relatório e reivindicações, os termos"compreende" e "compreendendo" e suas variações significam que ascaracterísticas, etapas ou inteiros especificados estão incluídos. Os termos nãodevem ser interpretados como excludentes da presença de outrascaracterísticas, etapas ou componentes.

As características reveladas na descrição acima, ou nasreivindicações a seguir, ou nos desenhos anexos, expressas em suas formasespecíficas ou em termos de um meio para efetuar a função revelada, ou ummétodo ou processo para obter o resultado revelado, como apropriado,podem, separadamente, ou em qualquer combinação dessas características,serem utilizados para realizar a invenção em suas diversas formas.

Claims (19)

1. Método para tratamento de água para prover águarelativamente purificada de um suprimento de água contendo matériadissolvida, caracterizado pelo fato de compreender distribuir a água desuprimento para pelo menos uma superfície de tratamento; criar o campoelétrico em ou na vizinhança da(s) superfície(s) de tratamento, para fazer comque uma camada de hidratação de moléculas de água seja estabelecida naágua de suprimento na vizinhança da(s) superfície(s) de tratamento; e extrair aágua de camada de hidratação da vizinhança da(s) superfície(s) de tratamento.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato da(s) superfície(s) de tratamento na, ou, na vizinhança das quais umcampo elétrico é estabelecido, compreender uma membrana semipermeável, ea água da camada de hidratação ser extraída pela sujeição da água suprida àpressão para causar fluxo osmótico da água de camada de hidratação atravésda membrana.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato do campo elétrico na(s) superfície(s) de tratamento ser criado pelaaplicação de uma carga elétrica à(s) superfície(s) ou a um eletrodo adjacente àsuperfície.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato da carga elétrica ser aplicada como um sinal de onda quadrada incluindopulsos de forma quadrada separados por espaços.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato da superfície de tratamento ser provida sobre pelo menos um elementomóvel em relação ao suprimento de água e pelo menos uma parte do qual écapaz de ser retirada da água suprida com a água de camada de hidrataçãosobre ela, subseqüentemente ao que a água de camada de hidratação éremovida do pelo menos um elemento.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de compreender um elemento rotativo tendo uma circunferência da qualparte é imersa na água suprida e parte se estender acima da água suprida, demodo que a água de camada de hidratação possa, pela mencionada rotação,ser elevada acima da água de suprimento para uma posição na qual ela podeser extraída do elemento.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de compreender prover superfícies de tratamento sobre uma pluralidadede elementos discretos móveis dentro da água suprida e capaz de ser removidadas mesmas portando água de camada de hidratação, que é subseqüentementeremovida dos elementos.

8. Aparelho para tratamento de água para prover águarelativamente purificada de um suprimento de água contendo matériadissolvida, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos uma superfíciede tratamento a qual a água de suprimento é distribuída; meios para criar umcampo elétrico na água de suprimento na vizinhança da(s) superfície(s) detratamento para fazer com que uma camada de hidratação seja estabelecida nomesmo; e meios para extrair a água da camada de hidratação da vizinhançada(s) superfície(s).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato da pelo menos uma superfície de tratamento compreender umamembrana semipermeável, e haver meios para sujeitar a água de suprimento àpressão para causar fluxo osmótico da água de camada de hidratação atravésda membrana.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato da membrana semipermeável ter um elemento eletricamentecondutor para aplicação de uma carga elétrica para criar o campo elétrico.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de compreender um eletrodo adjacente à membrana semipermeávelpara criação do campo elétrico em sua vizinhança.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 10 ourevestimento 11, caracterizado pelo fato de compreender meios para aplicarum sinal elétrico de onda quadrada à membrana ou eletrodo.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato da pelo menos uma superfície de tratamento ser provida sobre pelomenos um elemento móvel, de modo que uma parte da superfície seja capazde ser imersa na água de suprimento para uma camada de hidratação serestabelecida sobre a mesma e retirar da água de suprimento com a camada dehidratação sobre ela para uma posição na qual a água de camada de hidrataçãopossa ser removida do elemento.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato do mencionado elemento ser girável e ter uma parte decircunferência da qual uma porção é imersa na água de suprimento e umaporção se estender acima da água suprimento.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato do mencionado elemento girável ter uma superfície que é capaz deser eletricamente carregada para estabelecer a camada de hidratação sobre omesmo e descarregada para liberar a camada de hidratação.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato do elemento rotativo compreender um rolo vazado, tendo umeletrodo de carga interno para carregar a sua superfície em uma posiçãodentro da água de suprimento e um eletrodo de descarga em uma posiçãoacima do nível da água de suprimento.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato da pelo menos uma superfície de tratamento ser provida por umapluralidade de elementos discretos móveis dentro da água de suprimento ecapazes de ser removidos da mesma portando a água de camada de hidrataçãoque é subseqüentemente removida dos elementos,

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato dos mencionados elementos serem um material capaz de ter umacarga elétrica aplicada aos mesmos e descarregada dos mesmos,respectivamente, quando introduzidos e removidos da água de suprimento.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato dos mencionados elementos serem capazes de ser magneticamenteatraídos, e serem providos meios magnéticos para efetuar sua remoção daágua de suprimento.