BRPI0709332A2 - módulo, sistema e processo de membrana hìbrida para tratamento de água servida industrial - Google Patents
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Abstract
<B>MODULO, SISTEMA E PROCESSO DE MEMBRANA HíBRIDA PARA TRATAMENTO DE AGUA SERVIDA INDUSTRIAL <D>Processo para reduzir o conteúdo e volume dematéria orgânica em uma corrente de água servida compreende o contato da última com um dispositivo de nanofiltração de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de lons de metal não precipitáveis que possam estar presentes, então contatar o concentrado com um dispositivo de ultrafiltração preferivelmente retro-lavável, e opcionalmente, também, com carbono ativado. Este processo pode ser parte de um processo mais amplo que também remove outros componentes da corrente de água servida. Um módulo compreendendo (a) um dispositivo de nanofiltração; (b) um dispositivo deultrafiltração preferivelmente retro-lavável; (c) conduto(s) adaptados para transportar concentrado do dispositivo de nanofiltração para o dispositivo de ultrafiltração;e opcionalmente (d) um recipiente contendo carbono ativado; assim como um sistema para tratar uma corrente de água servida que inclui este módulo, também constituem parte da invenção.
Description
"MÓDULO, SISTEMA E PROCESSO DE MEMBRANA HÍBRIDA PARA TRATAMENTO DE ÁGUA SERVIDA INDUSTRIAL"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere a módulo, sistema e processo de membrana híbrida para tratamento de água servida industrial e, especificamente, para converter água servida industrial contendo materiais orgânicos e minerais em: (a) água de alta qualidade para reutilização, (b) salmoura purificada e altamente concentrada para reutilização ou para fácil descarte e (c) uma corrente aquosa altamente concentrada de volume mínimo, contendo substâncias orgânicas dispersas e dissolvidas para destruição final por meios oxidativos, tais como oxidação por ar úmido (WAO) ou incineração.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
Todas as instalações industriais nos setoresquímico, petroquímico, farmacêutico, de metalurgia e alimentício, por exemplo, geram grandes quantidades de correntes de água servida contendo misturas de substâncias suspensas e dissolvidas que são difíceis de separar. Corrente aquosa típica de água servida de uma fábrica de produção de produtos farmacêuticos, agroquímicos ou de química fina podem conter altas concentrações de material orgânico (1000-10000 ppm TOC), dos quais 0,5%-30% são minerais. Concentrações variadas de solventes orgânicos, exemplificados por solventes, tais como metanol, etanol, IPA, acetato de etila, tolueno, xileno, DMF, NMP, THF, formamida e outros solventes orgânicos, podem estar presentes na corrente de água servida. Alguns minerais e substâncias orgânicas podem estar presentes na água servida como soluções saturadas ousupersaturadas, e com apenas uma ligeira concentração da corrente de água servida, por exemplo, por destilação térmica ou processo de concentração de membrana, eles irão separar como lama sólida que pode precipitar em superfícies e afetar adversamente qualquer equipamento de tratamento de água servida, tais como instalações públicas de tratamento de água servida (POWT), evaporadores térmicos, instalações de membrana, filtros e ainda equipamento de controle e tubulações. Em adição aos constituintes problemáticos mencionados acima da corrente de água servida, ela freqüentemente contém solventes orgânicos fortes que são especialmente danosos para instalações de tratamento de membrana, tais como instalações de osmose reversa, eletrodiálise ou nanofiltração. Muito freqüentemente estes solventes orgânicos estão presentes na forma saturada e, quando concentrados na instalação de membrana, eles separarão na forma de pequenas gotas ou emulsões coloidais dispersas na corrente aquosa. Na verdade, cada gota de solvente, tal como aquelas de tolueno, xileno, cloreto de metileno, ou clorofórmio é uma solvente orgânico 100% puro. Ao entrar em contato com superfícies plásticas de equipamento de controle ou superfícies de membrana, estas gotas de solventes orgânicos agressivos atacarão a superfície polimérica que elas contatam e causarão danos irreversíveis, encurtando a vida útil das membranas e do equipamento. É, portanto, importante incluir em qualquer sistema de água servida, um meio de pré-tratamento adequado que remova estes solventes orgânicos antes da etapa de tratamento principal com, por exemplo, equipamento de membrana. Deve ser observado que as membranas de equipamento de pré-tratamento usadas para o pré-tratamento da corrente de água servida, devem ser,entre outras coisas, resistentes a solvente.
Correntes de água servida industrial de diferentes instalações químicas podem conter compostos perigosos que afetam adversamente o meio ambiente e muitas das instalações biológicas de tratamento de água servida. Como um resultado, seu descarte em instalações POWT, em organismos de transporte de água e no meio ambiente é estritamente regulada pelas leis ambientais. A lista destes compostos regulados inclui, entre outros, AOXs (halogênios orgânicos absorvíveis), amônia, metais pesados, fosfatos e outros materiais orgânicos e minerais que podem inibir a atividade de bactérias de ocorrência natural e podem causar danos à decomposição natural de matéria orgânica e ao meio ambiente.
A descarga de minerais em instalações de tratamento de água servida é limitada por lei, de modo que em muitos casos os minerais devem ser removidos e descartados de acordo com as regulamentações. Freqüentemente os minerais podem ser recuperados como produtos de valor, contanto que sua pureza seja trazida até os padrões ou de acordo com certificados destes produtos minerais. Exemplos destes sais recuperáveis são: CaCl2, CaSO4, CaCO3, Al2(SO4)3 e outros.
Devido ao perigo que esta água servida pode representar para as POWTs e para o meio ambiente, as companhias industriais são forçadas por lei a tratar suas correntes de água servida antes de descarta-las nas POWTs. O tratamento mais aceitável é a instalação biológica de tratamento de água servida na qual bioorganismos especialmente aclimatados (bactérias) convertem a matéria orgânica em C02 com formação simultânea debiomassa. Existem muitos tipos de instalações biológicas de tratamento de água servida em operação ao redor do mundo. Algumas delas operam em grandes bacias de sedimentação onde a separação da biomassa ocorre como um resultado da sedimentação natural, outros conceitos usam bactérias imobilizadas em superfícies plásticas, também bem conhecida é uma combinação de instalação biológica onde bactérias são separadas de água servida tratada por meio de ultrafiltração com membranas de microfiltração; estas são denominadas MBRs (Reatores Biológicos de Membrana).
Muitos tipos de água servida de origem industrialgeram dificuldades únicas para as instalações de tratamento biológico. Os fatores principais são:
(a) a presença de substâncias orgânicas não biodegradáveis. Estas substâncias orgânicas são difíceis de seremdecompostas por microorganismos. Sua conversão em CO2 requer tempos de retenção muito longos e condições especiais e, em muitos casos, estas substâncias orgânicas permanecem intactas nas correntes de água servida tratadas biologicamente, e constituem o teor orgânico principal (TOC - Carbono Orgânico Total) que édeixado na água servida tratada. Os valores TOC resultantes de matéria orgânica não degradada excedem em muito os limites de descarga permitidos, e são a principal razão para altos investimentos em instalações de pós-tratamento.
(b) a presença de moléculas orgânicas tóxicas.
Estas moléculas podem causar graves danos nas POWTs e matar abiomassa. Algumas vezes, a única solução é remover estas moléculas da corrente de água servida antes da etapa biológica.
(c) a presença de altas concentrações de mineraisna água servida industrial faz que a biomassa desenvolva uma membrana bacteriana espessa, como meio de proteção contra altas pressões osmóticas, dessa maneira diminuindo drasticamente as taxas metabólicas de conversão destes materiais.
Estes fatores são responsáveis pela degradaçãoinadequada de matéria orgânica em água servida industrial. Freqüentemente a concentração remanescente de matéria orgânica na água servida tratada biologicamente pode ser tão alta quanto 1000-3000 miligramas por litro, enquanto os limites requeridos para descarga na POWT são muito inferiores: T0c<200 miligramas por litro, AOX<1 ppm, menos que 10 ppm de amônia.
Por estas razões, freqüentemente é necessário melhorar a qualidade da corrente de água servida por meio da instalação de uma unidade de polimento da água servida tanto antes da instalação de tratamento biológico (a montante do processamento) ou após a instalação de tratamento biológico de água servida (a jusante do processamento).
Uma tendência legislativa mundial geral é uma situação denominada de "Zero de Descarga de Líquidos (ZLD)" de acordo com a qual todos os líquidos de água servida serão tratados e completamente reciclados no nível da fábrica. A fábrica poderá descartar de suas premissas apenas resíduos sólidos. A pureza das descargas remanescentes e suas quantidades determinam o custo geral do descarte; minerais sólidos de alta pureza possuem o menor preço de descarte, enquanto minerais sólidos com um alto grau de contaminação orgânica demandam custos mais elevados para seu descarte. Por estas razões, a indústria química está continuamente avaliando e pesquisando melhores tecnologias para tratar águaservida industrial, visando atingir os requisitos de Zero de Descarte de Líquidos (ZLD) com custos de tratamento mínimos. Um dos objetivos da invenção da Tecnologia de Membrana Híbrida (HMT) revelada aqui é prover uma tecnologia de tratamento de água servida avançada e com um custo efetivo para a indústria química, de modo a atingir as metas de ZLD.
Instalações de tratamento convencionais e típicas aplicadas para tratamento de água servida industrial contendo minerais, matéria orgânica natural (NOM), substâncias húmicas de baixo peso molecular, substâncias orgânicas sintéticas (SOCs) ou sabor e odor (T&O) são: oxidação, coagulação, sedimentação, filtração por areia e absorção em carbono granular (GAC) ou carbono ativado (PAC).
0 uso de tecnologias de membrana acionadas por baixa pressão, tais como microfiltração (MF) ou ultrafiltração (UF) é bem conhecido. Entretanto, estas ferramentas de membrana não são eficientes para a remoção de contaminantes de baixo peso molecular.
Uma combinação de UF e MF com carbono ativado de maior capacidade (PAC) foi proposta na literatura e uma destas publicações é provida aqui como uma referência exemplificativa típica [S. Mozia, M. Tomaszewska na Desalination 162 (2004)]. Na combinação revelada de carbono ativado de maior capacidade e UF/MF, as membranas servem apenas como barreiras, impedindo a passagem de partículas de carbono para a corrente tratada. O carbono ativado é o fator que garante a qualidade do permeado tratado pela absorção de matéria orgância de baixo peso molecular. A alça de recirculação UF serve como um reator para misturar águae PAC e para a absorção dos poluentes.
0 efeito de partículas de carbono na estabilidade do fluxo de uma membrana é controverso, visto que algumas referências mencionam que presença das mesmas ajuda a impedir incrustações, embora de acordo com outras referências elas apresentem o efeito oposto.
Para que a combinação de PAC e de membranas UF/MF revelada opere de uma maneira eficiente, a quantidade de carbono ativado adicionada deve ser grande, excedendo em muito a quantidade de TOC na água servida. A razão é devida à capacidade limitada de absorção de matéria orgânica pelo carbono ativado; a capacidade é limitada a apenas 10-50%, isto é, cada grama de AC absorverá apenas 0,1 grama a 0,5 grama de TOC. Na referência mencionada acima, a dosagem de PAC na água servida era de 100 mg/litro, enquanto a concentração de TOC na água servida era menor que 9 mg/litro. Neste exemplo, a proporção entre PAC/TOC era maior que 11.
Uma outra referência de H.H.P. Fang et al. na Desalination 189 (2006) ensina que a quantidade de carbono ativado que foi adicionada à lama ativada era de 1670 mg/litro, a concentração de TOC da qual era de 100-900 mg/litro, onde o excesso de carbono ativo em relação ao TOC está na faixa de 17 a 2.
O uso de um grande excesso de carbono ativado é de alto custo e problemático, especificamente com uma carga elevada de TOC, por exemplo, de 1-3 grama/litro.
Será mostrado na revelação da presente invenção que a quantidade do carbono ativado usada nos sistemas híbridos dapresente invenção é significativamente menor que os valores mencionados no estado da técnica. Tipicamente, apenas 100 mg a 500 mg/litro de carbono ativado necessitam ser adicionados a uma corrente de água servida contendo 1000 mg de TOC a 3000 mg de TOC, de modo a manter a proporção AC/TOC entre os valores de apenas 0,03 a 0,16. Surpreendentemente, esta baixa utilização de AC foi suficiente para garantir fluxos de membrana estáveis e elevados em comparação aos fluxos medidos na ausência de AC.
O uso de equipamento de tratamento de água servida combinando um processo biológico com carbono ativado de capacidade aumentada (PAC) é também conhecido na literatura técnica e comercial, e algumas destas publicações são providas aqui como referências exemplificativas típicas [PACT® http://zimpro.usfilter.com; Use of the PACT® System to treat Industrial Wastewaters for Direct Discharge or Reuse, John Meidl -USFilters, Zimpro Systems; The challenge of Treating a Complex Pharmaceutical Wastewater, Terrence Virnig, Joel Melka Synthetech, Inc. and John Medl - USFilter Zimpro Systems].
Estas publicações, entretanto, não sugerem uma combinação vantajosa em um modo híbrido, carbono ativado com capacidade aumentada ou granular com membranas de ultrafiltração, nanofiltração ou osmose reversa, de acordo com a presente invenção.
Uma combinação de várias unidades de membrana, tais como de ultrafiltração, carbono ativado, eletrodiálise e osmose reversa, é conhecida no estado da técnica. A Patente Norte-Americana N5 4.676.908 (Ciepiela, et al.) mostra uma seqüência de várias etapas consecutivas, tais como aeração, flotação de ardissolvido, meio duplo, absorção de carbono ativado, eletrodiãlise e troca iônica. As unidades reveladas diferem da presente invenção, visto que as unidades são arranjadas de maneira serial e cada etapa consecutiva opera como uma unidade independente; dessa maneira, não existe sinergia neste arranjo. 0 esquema revelado é complicado, consome grandes quantidades de produtos químicos, e produz grandes quantidades de resíduos, cujo descarte é de alto custo.
A Patente Norte-Americana N2 6.425.974 (Bryant et al.) se refere ao tratamento de água servida descartada de uma instalação industrial de branqueamento por meio de ultrafiltração ou/e nanof iltração, de modo a recuperar uma fração maior de substâncias orgânicas sem reter minerais. Devido ao alto peso molecular das substâncias orgânicas presentes, sua concentração da corrente de concentrado é aumentada significativamente mesmo quando uma membrana relativamente aberta com peso molecular de 4000 Daltons é usada, permitindo que a maioria dos sais passe para o permeado. Esta corrente parcialmente dessalinizada de orgânicos concentrados serve para extrair substâncias orgânicas adicionais do processo de branqueamento, dessa maneira minimizando o volume de água fresca requerida para o processo. De modo a atingir composições de concentrado e permeados ideais, os fatores de concentração de volume durante a etapa de UF ou NF são mantidos em valores relativamente baixos de apenas 2-7,5, isto é, redução de volume na faixa de apenas 50% a 15%.
Na presente invenção, o objetivo é separar substâncias orgânicas, incluindo aquelas de baixo peso molecular, tanto quanto possível, sem reter excessivamente os minerais ereduzir o volume destas substâncias orgânicas para preferivelmente <5%, mais preferivelmente <1%, e mais preferivelmente <0,1% do volume de água servida inicial. Este objetivo é atingido pela concentração das moléculas orgânicas na unidade de concentrado de nanofiltração até elas precipitarem e, então, remover a matéria orgânica precipitada do concentrado NF por meio de ultrafiltração. Como um resultado, nós concentramos seletivamente a matéria orgânica, permitindo que principalmente os minerais passem para o permeado NF. Embora a Patente Norte-Americana N- 6.425.974 mencione uma possibilidade de combinação de ultrafiltração com nanofiltração, diferente da presente invenção ela não instrui o leitor nem sobre a estrutura nem sobre o propósito desta combinação.
A Patente Norte-Americana N2 5.308.492 (Loew et al.) se refere ao tratamento de água servida industrial, especificamente com referência ao tratamento de subprodutos de processos industriais, tais como descoloração ou processamento de alimentos, e de indústrias têxteis ou de papel. Nestes casos, os subprodutos não são facilmente degradáveis por processos biológicos e devem ser removidos da água servida antes ou após a execução de um tratamento convencional, de modo que a água servida possa ser descartada em águas superficiais ou ser reutilizada sem risco de poluição.
A patente de Loew et al. revela o uso de uma combinação de nanofiltração, oxidação química e absorção. 0 objetivo da seqüência de processos revelada é remover da corrente de água servida as moléculas não biodegradáveis e separar uma fração com biodegradabilidade mais elevada, de modo que a correntepossa ser tratada em uma instalação de tratamento biológico. A absorção de carbono visa remover da corrente certas moléculas não biodegradáveis. Esta patente menciona ultrafiltração, mas não revela qualquer combinação de ultrafiltração com nanofiltração. A presente invenção também difere da revelação na patente Norte-Americana 5.3 08.4 92 pelo fato da presente invenção requerer apenas uma fração relativamente pequena de carbono ativado; e o corte da membrana NF no presente caso é tal que uma fração maior da matéria orgânica é retida no concentrado, resultando desta maneira em um permeado tratado de pureza muito maior que aquele que pode ser esperado da patente citada.
A Patente Norte-Americana N- 4.981.594 (Jones et al. ) se refere ao tratamento de água servida de resfriamento, especificamente por uma combinação seqüencial de filtração por areia para remoção de partículas maiores (50 micra), seguida por desinfecção por meio de uma unidade de ionização para remoção de bactérias e algas, e uma unidade de nanofiltração para a remoção de partículas pequenas (5 micra). Em contraste com esta patente, a presente invenção visa remover moléculas dissolvidas tendo dimensões nanométricas. Esta referência menciona a possibilidade de combinação de ultrafiltração com nanofiltração, mas nenhum detalhe é descrito.
A Patente Norte-Americana N2 6.007.712 (Tanaka et al.) revela o uso de carbono ativado como um veículo de micróbios imobilizados onde a ligação dos micróbios é feita por meio de um polímero hidrofílico reticulado (hidrogel de PVA acetilado). Estes micróbios imobilizados se tornam parte de um reator de tratamento biológico de água servida. As partículas suspensas são retidas poruma membrana de ultrafiltração com poros ao redor de 13000 Daltons, de modo que elas não podem passar para o permeado. Esta referência, diferente da presente invenção, não usa nanofiltração, que funciona para reter substâncias orgânicas de baixo peso molecular dissolvidas, para concentrar as mesmas ao nível no qual elas começam a precipitar no concentrado NF e, então, usar a membrana NF para remover as partículas que precipitam do concentrado NF, de modo a manter o mesmo isento de partículas. Também, na presente invenção, a função do carbono ativado é absorver matéria orgânica de baixo peso molecular que pode incrustar na membrana NF, onde os micróbios naturalmente absorvidos ajudam a decompor parte da matéria orgânica absorvida nas partículas de AC.
A Patente Norte-Americana N2 4.956.093 (Pirbazari, et al. ) revela essencialmente um reator biológico compreendendo micróbios absorvidos em partículas de carbono ativado que são agitados em um tanque e usados para decomposição de matéria orgânica residual, adequado especificamente para decomposição de matéria orgânica que é lentamente biodegradável ou não é biodegradável. 0 sistema de recirculação inclui um ultrafiltro para reter as partículas suspensas. Esta patente não inclui nanofiltração.
A Patente Norte-Americana N2 6.893.559 (Kin et al.) descreve um sistema e método para remover compostos orgânicos de água servida por oxidação, usando UV/ozônio.
0 teor completo das patentes Norte-Americanas e pedidos de patente Norte-Americana mencionados na presente especificação são incorporados aqui por referência.OBJETIVOS DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção prover um módulo, sistema e processo para tratamento e reciclagem de água servida industrial perigosa contendo, entre outros, matéria orgânica dissolvida e suspensa, concentrações variadas de minerais, tais como cloretos, brometos, bromatos, cloratos, sulfatos, fosfatos, sódio, potássio, íons de metal pesado, Ca, Mg e outros íons, e solventes orgânicos.
É também um objetivo da presente invenção prover um processo e sistema de tratamento de água servida que opere com recuperação máxima de processo e seja capaz de converter a maioria da água servida em materiais reutilizáveis. Mais tipicamente, originalmente a corrente aquosa de água servida perigosa será, de forma geral, convertida em: (a) água pura (75-95%) com uma qualidade que é adequada para reutilização na fábrica, (b) concentrados de sal purificado (5-10%) em uma forma que tenha teor de minerais de pelo menos 10%, usualmente 15% e preferivelmente 20%; opcionalmente, um aumento adicional para 70% será possível pela incorporação de uma unidade de destilação de membrana para tratar salmoura a 20%, que é suficientemente pura e adequada para evaporação final em um sal sólido puro anidro, por meio de equipamento de evaporação solar ou térmica, e (c) concentrado orgânico elevado em volume mínimo, com quantidades mínimas de minerais adequadas para destruição final por métodos de oxidação ou incineração.
É ainda um objetivo adicional da presente invenção prover um processo e sistema do tipo descrito acima no qual várias unidades com membrana e sem membrana sejam hibridadasem um sistema, operando de uma maneira otimizada, eficiente e bastante econômica.
Ainda um outro objetivo da presente invenção é prover um processo otimizado de tratamento e reciclagem de água servida, onde ultrafiltração, coluna de carbono ativado, nanofiltração, osmose reversa, subunidades de eletrodiálise e oxidação catalítica são hibridadas em uma maneira única que permita a obtenção de altas recuperações, correntes recicladas altamente purificadas, operação isenta de incrustação de todas as subunidades, consumo mínimo de energia e custos mínimos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção consequentemente provê, em um aspecto, um módulo que tem utilidade na redução do teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a matéria orgânica, compreendendo os itens (a), (b), e (c) , e opcionalmente (d) : (a) um dispositivo de nanofiltração; (b) um dispositivo de ultrafiltração preferivelmente retro-lavável; (c) conduto(s) adaptado(s) para transportar concentrado do dispositivo de nanofiltração para o referido dispositivo de ultrafiltração; e (d) um recipiente contendo carbono ativado e conduto(s) adaptado(s) para transportar concentrado do dispositivo de nanofiltração para o recipiente para contato com o carbono ativado;
onde o módulo compreende também: conduto(s) de entrada de fluxo adaptado(s) para transportar a corrente para o dispositivo de nanofiltração; e conduto(s) de saída de fluxo para o recipiente, o concentrado e permeado do dispositivo de ultrafiltração e o permeado do dispositivo de nanofiltração.O módulo da invenção é preferivelmente caracterizado ainda por pelo menos uma dentre as seguintes características: (i) o dispositivo de nanofiltração tem um corte de <1000 Daltons, preferivelmente de <500 Daltons e mais preferivelmente de <160 Daltons; (ii) o dispositivo de nanof iltração é estável a um pH de 7-14; (iii) o dispositivo de nanof iltração é estável a um pH de 0-7; (iv) o dispositivo de nanofiltração é estável na presença de solventes orgânicos miscíveis em água e imiscíveis em água; (v) a corrente de água servida é essencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis; (vi) o módulo também compreende um recipiente contendo carbono ativado adaptado para contato com água servida de fluxo de entrada antes do contato com o dispositivo de nanofiltração, contanto que este carbono ativado e qualquer outro carbono ativado conforme mencionado na parte (d) acima, no total ou parcialmente, possam suportar opcionalmente bactérias de degradação de matéria orgânica. Em uma configuração específica do módulo que inclui a característica (vi), um recipiente único contendo carbono ativado é operacional em contato com água servida de fluxo de entrada, e em contato com o concentrado do dispositivo de nanofiltração.
Em um outro aspecto, a invenção provê um sistema para tratamento de uma corrente de água servida contendo sais de íons de metal precipitáveis, sais de íons de metal não precipitáveis e matéria orgânica incluindo solventes orgânicos e solutos, compreendendom as unidades a seguir:
(A) um reator, provido com conduto(s) de fluxo de entrada de corrente de água servida, conduto(s) de fluxo deentrada para reagentes adaptados para formar sais insolúveis em água pela reação com íons de metal precipitáveis na corrente, conduto (s) de fluxo de saída para remoção como uma pasta dos sais insolúveis em água, e conduto(s) de fluxo de saída para conduzir a corrente esgotada de sais inorgânicos precipitáveis para a unidade (B) ;
(B) um dispositivo de ultrafiltração, adaptado para reduzir o teor de sais de íons de metal precipitáveis na corrente esgotada de sais para menos que 100 ppm, provido com conduto(s) de fluxo de entrada para a corrente esgotada de sais, conduto(s) de fluxo de saída de concentrado do dispositivo de ultrafiltração de precipitado de sal inorgânico e conduto(s) de fluxo de saída de permeado do dispositivo de ultrafiltração essencialmente isento de íon de metal precipitável; e
(C) o módulo conforme definido aqui acima.
0 sistema preferivelmente inclui, adicionalmente, uma das seguintes características (Dl) (D2) e (D3):
(Dl) uma combinação de membranas de eletrodiálise e osmose reversa adaptada para operar em série ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o referido permeado do dispositivo de nanofiltração tendo um teor reduzido de matéria orgânica, de modo a separar o mesmo em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e um teor ainda mais reduzido de matéria orgânica, e um permeado de água essencialmente pura;
(D2) uma unidade de destilação de membrana operacional para receber permeado do dispositivo de nanofiltração, de modo a separar o mesmo em um concentrado contendoessencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e solutos orgânicos e um permeado de água essencialmente pura; e
(D3) uma combinação de membranas de eletrodiálise e destilação de membrana adaptadas para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o permeado do dispositivo de nanofiltração de modo a separar o mesmo em um condensado de destilação de membrana de água essencialmente pura e um concentrado de mineral da membrana de eletrodiálise essencialmente isenta de contaminantes orgânicos.
Mais preferivelmente, o sistema inclui ainda pelomenos uma das seguintes características (E) e (F):
(E) uma unidade adaptada para a destruição de matéria orgânica recebida do conduto de fluxo de saída do concentrado do dispositivo de ultrafiltração, e opcionalmente também do recipiente contendo carbono ativado; e
(F) pelo menos uma unidade adaptada para oxidar sob radiação ultravioleta, quaisquer compostos orgânicos de baixo peso molecular em um ou mais dos seguintes pontos:
(i) no permeado do dispositivo de nanofiltração; e/ou
(ii) no permeado de osmose reversa e/ou no concentrado de eletrodiálise (sal); e/ou
(iii) no permeado de destilação de membrana e/ou no concentrado de destilação de membrana.
Em um outro aspecto, a invenção provê um processopara redução do teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a mesma, compreendendo o contato da corrente de água servida com um dispositivo de nanofiltração, demodo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de íons de metais não precipitáveis que possam estar presentes na corrente de água servida, então contatando o concentrado com um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável preferivelmente, e opcionalmente também com carbono ativado, de modo a reduzir o teor e volume de matéria orgânica no concentrado.
Em um aspecto adicional, a invenção provê um processo para tratar água servida contendo sais de íons de metalprecipitáveis, sais de íons de metal não precipitáveis e matéria orgânica incluindo solventes e solutos orgânicos, compreendendo as etapas seqüenciais a seguir:
(A) contatar a água servida com reagentes adaptados para precipitar sais insolúveis em água de íons de metalprecipitáveis dos mesmos, removendo a pasta formada dos sais insolúveis em água, e conduzindo a água servida esgotada de sais inorgânicos para a etapa (B);
(B) contatar a água servida da etapa (A) com um dispositivo de ultrafiltração adaptado para reduzir o teor de íonsde metal precipitáveis na corrente esgotada de sais para menos de 100 ppm, e
(C) contatar o permeado do dispositivo de ultrafiltração com um dispositivo de nanofiltração, de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosacontendo quaisquer sais de íons de metal não precipitáveis que possam estar presentes na água servida, então contatar o concentrado preferivelmente com um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável, e opcionalmente também com carbono ativado, de modoa reduzir o teor e volume de matéria orgânica no concentrado.
Este processo preferivelmente inclui,adicionalmente, uma das etapas a seguir (D1) (D2) e (D3): (Dl) contatar o permeado do dispositivo de nanofiltração com uma combinação de membranas de eletrodiálise e osmose reversa adaptadas para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, de modo a separar o permeado tendo um teor reduzido de matéria orgânica em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis, e tendo um teor ainda mais reduzido de matéria orgânica, e um permeado de água essencialmente pura; (D2) contatar o permeado do dispositivo de nanofiltração com uma unidade de destilação de membrana, de modo a separar o permeado em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e um permeado de água essencialmente pura; e
(D3) contatar o permeado do dispositivo de nanofiltração com uma combinação de membranas de eletrodiálise e destilação de membrana adaptadas para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o permeado do dispositivo de nanof iltração, de modo a separar o mesmo em um condensado de destilação de membrana de água essencialmente pura e um concentrado de mineral da(s) membrana(s) de eletrodiálise essencialmente isento de contaminantes orgânicos.
O processo mais preferivelmente inclui, adicionalmente, pelo menos uma das seguintes etapas:
(E) destruir a matéria orgânica no concentrado do dispositivo de ultrafiltração, e opcionalmente também do fluxo de saída de líquido após contato com carbono ativado; e(F) contatar com radiação ultravioleta o permeado do dispositivo de nanofiltração, e/ou o permeado de osmose reversa, e/ou o concentrado de eletrodiálise (sal), e/ou o permeado de destilação molecular e/ou o concentrado de destilação de membrana, de modo a oxidar quaisquer compostos orgânicos de baixo peso molecular presentes nos mesmos.
Em ainda um outro aspecto, a invenção provê, em um processo para reduzir o teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a mesma, a corrente sendo essencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis, pelo contato da corrente de água servida com um dispositivo de nanof iltração, de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de íons de metal não precipitáveis que possam estar presentes na corrente de água servida; o aprimoramento compreendendo uma etapa de prolongamento da vida do dispositivo de nanof iltração por meio de contato do concentrado com um dispositivo de ultrafiltração, portanto removendo continuamente matéria precipitada formada no dispositivo de nanofiltração.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Nas figuras, que ilustram, apenas de forma exemplificativa, configurações da presente invenção:
A Figura 1 ilustra uma apresentação esquematizada de um módulo de nanofiltração/ultrafiltração de tratamento de água servida que opera através de um tanque de alimentação comum, com uma coluna de carbono ativado opcional, incluindo também, opcionalmente, uma característica de separação de líquidos e sólidos.A Figura 2 ilustra de forma esquematizada uma outra configuração do módulo de nanofiltração/ultrafiltração de tratamento de água servida, incluindo uma característica de separação de líquidos e sólidos e uma unidade de destruição de sólidos orgânicos.
A Figura 3 ilustra de forma esquematizada uma outra configuração do módulo de nanofiltração/ultrafiltração com tanques de alimentação individuais servindo separadamente as subunidades UF e NF.
A Figura 4 ilustra de forma esquematizada uma unidade de pré-tratamento que demonstra a remoção de sais precipitáveis da corrente de água servida.
A Figura 5 ilustra de forma esquematizada a combinação de membranas RO e ED para separar a corrente de água servida pré-tratada em: água pura, sal puro e uma corrente orgânica parcialmente dessalinizada para reciclagem de volta para o módulo de nanofiltração/ultrafiltração ou para qualquer unidade de pré ou pós-subprocessamento.
A Figura 6 ilustra de forma esquematizada uma outra configuração de um esquema ED-RO que demonstra o polimento de uma corrente de alimentação e/ou uma corrente de água pura separada, e/ou uma corrente de minerais concentrados e/ou uma corrente contendo orgânicos para a destruição de resíduos orgânicos por oxidação, que pode ser opcionalmente oxidação por UV, com ou sem auxiliares químicos.
A Figura 7 ilustra de forma esquematizada uma unidade de destilação de membrana, que separa a corrente pré-tratada em destilado de água pura e uma corrente contaminada desubstâncias orgânicas e minerais concentradas, onde esta corrente contaminada é purificada adicionalmente em uma unidade ED híbrida que separa o concentrado orgânico salino contaminado em um concentrado de sal essencialmente isento de orgânicos e uma corrente orgânica dessalinizada.
A Figura 8 ilustra de forma esquematizada uma outra configuração que combina uma unidade de destilação de membrana com ED operando a partir de um tanque de alimentação comum, formando um destilado de água pura, concentrado de mineral essencialmente puro e uma corrente essencialmente dessalinizada de substâncias orgânicas que são recicladas de volta para o início do processo ou para destruição das substâncias orgânicas. Ela também mostra uma opção para concentração adicional de concentrado de sal de ED puro com uma segunda etapa MD seguida por uma cristalização de sal até obter um produto cristalino puro.
A Figura 9 é um gráfico que mostra o fluxo da membrana NF em relação à quantidade de carbono ativado adicionado à célula NF.
A Figura 10 é um gráfico que mostra a concentração de matéria orgânica (TOC) na alimentação, permeado e concentrado NF como uma função do fator dè concentração (VCF).
A Figura 11 é um gráfico que mostra o comportamento de fluxo comparativo de uma unidade de nanofiltração com e sem hibridização com ultrafiltração no concentrado de nanofiltração.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Em uma configuração específica da presente invenção três subunidades seqüenciais são providas como segue:1. Unidade de Pré-tratamento/etapa 1
Esta subunidade híbrida combina um reator químico no qual Ca, Mg, Ba, Sr, metais pesados, outros íons de metal precipitáveis, e amônia são removidos pela escolha apropriada de, por exemplo, pH e produtos químicos, tais como fosfatos, carbonatos, NaOH, e/ou ácido fosfórico, com uma unidade de ultrafiltração/microfiltração equipada, preferivelmente, com membranas estáveis a solvente, tubulares, que operam em uma faixa de concentração cuidadosamente selecionada de precipitados minerais e um dispositivo de separação de pasta compreendendo um tanque de sedimentação ou equipamento de separação centrífuga. Nesta etapa híbrida nós obtemos:
a. Remoção completa de precipitados minerais e orgânicos e partículas coloidais.
b. Remoção substancial de amônia.
c. Manutenção do fluxo da membrana em valores muito altos e estáveis devido aos efeitos de limpeza de matéria cristalina suspensa e de velocidades elevadas de circulação.
d. Produção de resíduos sólidos altamente concentrados na faixa de concentração entre 7-50%.
e. Obtenção de recuperações muito altas de produtos, excedendo a 99,5%.
2. Unidade de Pré-tratamento/etapa 2
Esta subunidade híbrida combina uma unidade de nanofiltração, preferivelmente equipada com membranas resistentes a solvente, uma coluna de carbono ativado, que opcionalmente serve como um tanque de alimentação da unidade NF, uma segunda unidade NF opcionalmente equipada com membranas NF estáveis a solvente noformato tubular ou de placa como módulos resistentes a solvente capazes de operar na presença de lama, e uma unidade UF para remoção contínua de precipitados orgânicos que são formados nas correntes de concentrado NF durante a etapa de concentração. Nesta etapa de pré-tratamento híbrido nós obtemos:
a. Remoção completa de solventes orgânicos agressivos.
b. Manutenção de fluxo elevado de membrana NF como um resultado de absorção contínua, seletiva, de contaminantesorgânicos da corrente de água servida que irão, na ausência do AC, acumular na superfície da membrana NF, formar incrustações nas membranas e causar uma diminuição severa de fluxo até níveis impraticáveis. A combinação de NF com AC eleva continuamente a concentração dos contaminantes orgânicos de esgotamento e garante que a etapa AC opere com alta eficiência.
c. A remoção contínua de partículas orgânicas de precipitação e concentração das mesmas como lama altamente concentrada para descarte ou incineração subseqüente.
d. Recuperação de mais que 95% da corrente que entra na unidade de pré-tratamento 2 para processamento final pelapróxima etapa de tratamento.
Uma outra configuração preferida da unidade de pré-tratamento/etapa 2 inclui, em adição à unidade de nanofiltração e uma coluna de carbono ativado, uma biomassa semeada no tanque de concentrado do sistema NF. A biomassa pode ser incorporada na forma de partículas ou flocos de bactérias dispersas ou, alternativamente, ela pode ser imobilizada nas partículas de carbono ativado ou em uma outra superfície deveículo. Usando esta configuração foi descoberto, surpreendentemente, que a concentração da matéria orgânica não aumenta no concentrado NF durante o processo de concentração, mas permanece razoavelmente constante e em uma concentração baixa, como um resultado de degradação biológica contínua do material orgânico de concentração. Mais que 90% da matéria orgânica dissolvida foram degradados nesta unidade híbrida. A decomposição pelas bactérias da matéria orgânica nesta configuração prossegue de uma maneira bastante eficiente devido à concentração de matéria orgânica dissolvida ser constantemente aumentada pela etapa NF, enquanto é absorvida nas partículas de carbono e/ou subseqüentemente biodegradada pelas bactérias.
3. Unidade de separação/etapa 3
Esta unidade híbrida utiliza Osmose Reversa (RO), acoplada com eletrodiálise (ED), onde a concentração de sal é mantida em um nível constante na faixa de 2-5%. Isto garante altos fluxos de RO, concentrado de RO isento de contaminantes, alta qualidade de permeado de RO (baixo TOC e baixa salinidade) e garante alta concentração de sal no concentrado ED de até 25%.
Opcionalmente, o concentrado de sal pode ser ainda concentrado em até 70% pela adição de uma unidade de destilação de membrana e, ainda, a um sal sólido pela adição de um cristalizador de membrana acoplado a uma unidade de destilação de membrana.
É também possível adicionar uma etapa de polimento de oxidação para remover resíduos de moléculas orgânicas do permeado de RO e/ou concentrado de sal.
Expresso diferentemente em uma configuração específica, o sistema de membrana híbrido (HMT) da invenção, paratratamento de um fluxo de entrada contaminado contendo matéria orgânica e minerais compreende (i) uma unidade para a remoção de matéria orgânica da corrente contaminada e concentração dos contaminantes orgânicos em um volume mínimo de concentrado de matéria orgânica, (ii) uma unidade para recuperação do produto de água pura da corrente de água servida contaminada e (iii) uma unidade para recuperação do concentrado mineral da corrente de água servida ou lama mineral essencialmente isenta de contaminantes orgânicos.
A corrente contaminada pode conter substâncias orgânicas na faixa de concentração de 0,1% a 0,5% ou mais elevada, e teores minerais de 1% a 5% ou mais elevados. Adicionalmente, a corrente pode conter concentrações variadas de solventes orgânicos e níveis de dezenas a milhares de ppm de sais de metal multivalentes, tais como Ca, Mg, Ba, Sr, Al, Zn, Cr e outros.
O sistema HMT pode incluir várias unidades consecutivas incluindo:
(i) uma unidade de ultrafiltração para remover sais de precipitação da corrente de água servida, dessa maneira formando uma primeira corrente pré-tratada contendo essencialmente sais não precipitáveis e matéria orgânica, este módulo compreendendo um reator de mistura com condutos e acessórios para adicionar produtos químicos de precipitação e meios de controle para controlar o processo de precipitação; e uma membrana de ultrafiltração que serve para a remoção de sais de precipitação e quaisquer outros precipitados na forma de matéria suspensa e colóides da primeira corrente tratada.
(ii) um módulo de nanofiltração/ultrafiltraçãopara a remoção e concentração de matéria orgânica da corrente de água servida contaminada, que pode ser opcionalmente uma primeira corrente pré-tratada, essencialmente isenta de íons de precipitação do primeiro pré-tratamento, mas ela pode também ser uma corrente de água servida original contendo os sais de precipitação. Esta unidade compreende:
(1) Uma membrana de nanofiltração, que concentra a matéria orgânica de baixo peso molecular e aqueles minerais precipitáveis que não foram removidos da primeira corrente pré-tratada. Os teores de orgânicos e minerais são concentrados e são precipitados no concentrado de nanofiltração, e são continuamente removidos do concentrado pelo direcionamento de parte ou da totalidade deste concentrado para um dispositivo de ultraf iltração, vide item (2) abaixo. Como um resultado deste arranjo híbrido, onde simultaneamente matéria precipitável é constantemente concentrada, precipitada no concentrado de nanofiltração e constantemente removida do concentrado de nanofiltração, os sólidos precipitados não incrustam na membrana de nanofiltração e a obstrução da unidade de nanofiltração é eliminada. Sem esta ação combinada, incrustações e obstrução ocorrerão em um espaço de tempo muito curto e eliminarão qualquer possibilidade de prosseguir com o processo.
(2) Um dispositivo de membrana de ultrafiltração que remove precipitados do concentrado de nanofiltração esubstitui a corrente que está sendo tratada com permeado de ultrafiltração que é isento de qualquer matéria suspensa.
Dessa maneira, o processo de concentração, precipitação e remoção dos precipitados do concentrado de nanofiltração pode continuarindefinidamente. A unidade de ultrafiltração é periodicamente retro-lavada, dessa maneira liberando a matéria sólida acumulada das superfícies da membrana de ultrafiltração e dos canais da unidade de ultrafiltração. Os precipitados removidos do concentrado de nanofiltração e acumulados no concentrado de ultrafiltração são separados diretamente do concentrado de ultrafiltração ou, opcionalmente, de uma corrente retro-lavada por meio de um dispositivo clarificador/sedimentador convencional. O volume dos sólidos separados pode ser adicionalmente reduzido por meio de várias ferramentas de densificação de sólidos, tais como prensa de filtro ou um decantador centrífugo, enquanto o filtrado ou líquido sobrenadante com uma baixa concentração de sólidos suspensos, é retornado para a membrana de ultrafiltração para uma separação adicional. Como um resultado desta ação, a concentração da fase orgânica pode ser aumentada muitas vezes, por exemplo, de 0,1% de matéria orgânica na água servida contaminada original para 5%, 10% ou 20% ou mais na lama concentrada, isto é, progressivamente reduzindo o volume total contendo esta fase orgânica de 99,9 unidades de volume na corrente de água servida original para 1,9, 0,9 e finalmente 0,4 unidades de volume, desta maneira reduzindo o volume de água em um fator de 250 vezes ou mais. Uma etapa de secagem adicional tal como exemplificado, por exemplo, por uma secadora de leito fluidizado, pode reduzir seu volume para 0,1%, dessa maneira reduzindo significativamente os custos da oxidação final, ou destruição tal como por meio de tratamento de plasma ou incineração.
(3) Uma coluna de carbono ativado opcional pode ser integrada na corrente de nanofiltração, servindo para aeliminação de incrustação das membranas de nanofiltração por certas frações orgânicas de incrustação solúveis. A coluna de carbono ativado (AC) é adicionada à entrada de NF inicial ou recirculada, de modo que o líquido contaminado circula através da membrana NF e da coluna de carbono ativado. Surpreendentemente, foi descoberto que com esta combinação única de NF e AC, o fluxo da membrana NF pode ser mantido em um nível bastante elevado, mesmo se a quantidade de AC for bem pequena e constituir apenas 100-250 mg/litro por líquido contaminado processado, enquanto a concentração da matéria orgânica de incrustação no líquido contaminado pode ser de 10 a 20 vezes maior que a concentração do carbono ativado (AC) no líquido de contaminação. Em contraste, quando esta coluna de carbono AC é removida, uma incrustação severa das membranas NF é observada, conduzindo a um declínio do fluxo para níveis inaceitáveis. A combinação única de NF com AC, ajuda a manter a operação da coluna de AC com eficiência e capacidade muito elevadas.
Uma outra configuração da presente invenção inclui uma opção na qual este carbono ativado é um veículo para bactérias de degradação de matéria orgânica e pode facilitar a decomposição da matéria orgânica ajudando adicionalmente na remoção da matéria orgânica da superfície da membrana NF7 e eliminando adicionalmente a incrustação da membrana NF. A biomassa pode ser incorporada na forma de partículas de bactérias dispersas, ou flocos, ou alternativamente ela pode ser imobilizada nas partículas de carbono ativado ou em uma outra superfície de suporte. Foi descoberto, surpreendentemente, usando esta configuração, que a concentração da matéria orgânica não aumentano concentrado NF durante o processo de concentração, mas permanece em valores razoavelmente constantes de baixa concentração, como um resultado de degradação biológica contínua do material orgânico concentrado. Mais que 90% da matéria orgânica dissolvida foram degradadas nesta unidade híbrida. A decomposição da matéria orgânica nesta configuração pelas bactérias prossegue de uma maneira bastante eficiente devido à concentração de matéria orgânica dissolvida ser aumentada constantemente pela etapa NF, enquanto é absorvida nas partículas de carbono e/ou subseqüentemente biodegradada pelas bactérias.
Bactérias usadas para semear o carbono ativo podem ser qualquer mistura de cepas conforme usado em biorreatores comerciais, por exemplo, conforme revelado na Patente Norte-Americana N2 4.207.179 (McCarthy et al.) intitulada "Bio treatment using carbon treated recycle and/or clarifier effluent backwash".
Em uma configuração específica, pode ser utilizada uma unidade/etapa para separação de água pura, concentrado de mineral puro e uma corrente aquosa ainda contaminada contendo substâncias orgânicas. 0 objetivo desta etapa é gerar correntes de água essencialmente puras isentas de contaminantes orgânicos ou uma corrente de minerais essencialmente isenta de materiais orgânicos. A corrente isenta de sal, desmineralizada, contendo substâncias orgânicas pode ser reciclada de volta para o início do processo para separação adicional ou ser envida para uma instalação de tratamento biológico que irá, na ausência de alto teor de sal, degradar efetivamente as substâncias orgânicas por meio de bactérias. Uma outra possibilidade é pré-tratar a corrente orgânica dessalinizada com meios de oxidação eenviar esta corrente parcialmente degradada para uma instalação biológica ou para uma unidade de separação. Várias opções para este objetivo são possíveis:
(1) Uso de Osmose Reversa (RO) com Eletrodiálise (ED), onde a corrente pré-tratada com teor de orgânicos reduzido éconcentrada com Osmose Reversa até a concentração mais elevada possível, onde o teor de orgânicos é limitado a valores que não afetem adversamente a pureza do permeado RO e do concentrado ED subseqüente. Em uma etapa ED subseqüente, um concentrado de sal puro e essencialmente isento de orgânicos é removido, enquanto a dessalinização da corrente de orgânicos remanescente é feita, de modo que ela pode ser enviada de volta para a etapa de degradação biológica.
(2) Uso de RO e ED em um modo combinado onde as duas correntes são recicladas entre as duas unidades de membrana.
(3) Uso de ED e RO por meio de um reservatório comum conforme revelado no Pedido PCT de Patente N- WO 2006/074259 (vide também o Pedido publicado de Patente Norte-Americana N2 20060144787, de Schmidt et al.).
(4) Utilizar, ao invés de RO, uma unidade dedestilação de membrana (MD) que produz um destilado de alta pureza e um concentrado que pode ser adicionalmente purificado com ED, visando aumentar a pureza do concentrado de mineral pela redução de seus teores de orgânicos.
Outros aspectos e características da presenteinvenção se tornarão aparentes àqueles especializados na técnica, mediante análise da descrição a seguir de configurações específicas da invenção em conjunto com as figuras anexas.As Figuras 1-8 ilustram configurações do módulo, sistema de membrana híbrido (HMT) e uma maneira de operação do processo da invenção, que, por exemplo, pode ser aplicado para o tratamento de líquidos contaminados e águas servidas industriais que são originários de uma variedade de áreas industriais, tais como: instalações farmacêuticas, fábricas de produção de agroquímicos, fungicidas, ou biocidas, fábricas de produção de fermento, usinas de fermentação de álcool, fábricas de manufatura de aditivos para as indústrias químicas e de polímero e, também, lixiviação de depósitos de lixo municipais, fábricas de manufatura de açúcar, fábricas de polpa e papel, fábricas de processamento de metal, e fábricas de componentes eletrônicos. A composição destas correntes complexas de água servida varia de uma instalação para outra, mas todas têm uma estrutura composicional comum onde 1minerais, solutos orgânicos e solventes orgânicos, nas formas dissolvidas, precipitadas e precipitáveis, constituem um problema complexo de tratamento. Alguns dos compostos orgânicos são perigosos por sua natureza e devem ser destruídos usando meios de destruição de alto custo, tais como oxidação de ar úmido, incineração, decomposição por plasma e similares. Para minimizar o volume da corrente contendo os orgânicos perigosos, evaporação de água servida é usada com muita freqüência, a qual por si só é uma tecnologia de tratamento intensivo de energia, tem alto custo, e sofre de muitos problemas operacionais e de manutenção.
O módulo HMT, sistema e processo da presenteinvenção, visa reduzir a complexidade do problema pela separação da mistura complexa em correntes menos complexas, portanto recuperando destas correntes, tanto quanto possível, materiaisfáceis de descartar e, preferivelmente, materiais reutilizáveis. As frações purificadas separadas são: água pura, concentrado de mineral puro que é essencialmente isento de contaminação orgânica e corrente de matéria orgânica contida em um volume tão pequeno quanto possível com a concentração mais elevada possível de obter de compostos orgânicos. Esta separação oferece várias vantagens importantes:
(1) Água com qualidade suficientemente alta pode ser reutilizada na fábrica como uma alimentação para torres deresfriamento ou uma água de processo, portanto minimizando o volume da corrente perigosa;
(2) Concentrado de minerais purificado pode ser descartado no mar ou evaporado em piscinas de evaporação ou recuperado como concentrado de mineral valioso para reuso;
(3) Redução dos custos do tratamento do resíduoorgânico, que é essencialmente isento de contaminantes minerais. Uma redução drástica de custos é atingida, que é proporcional ao fator de redução de volume. Além do mais, em muitos casos, o concentrado orgânico purificado é de grande valor econômico e pode gerar receitas em contraste à abordagem convencional usando métodos térmicos ou incineração, onde a matéria orgânica é misturada com minerais e não pode ser reutilizada.
Dessa maneira, os custos do tratamento de água servida industrial usando o presente HMT da invenção será apenas uma fração dos custos do tratamento requerido com abordagens convencionais, onde todo o volume da água servida deve ser tratado ou evaporado antes da destruição final.
Tecnologias de membrana são categorizadas comounidades de membrana ativadas por pressão, tais como UF, NF e RO; ativadas por concentração tal como diálise de difusão e destilação de membrana (MD); e unidades de eletrodiálise (ED) ativadas eletricamente. Estas unidades são bem conhecidas na técnica e usadas principalmente em processos de dessalinização de água e em um número limitado de aplicações industriais. As principais desvantagens limitando a aceitação destas tecnologias em grande escala no tratamento de água servida e em aplicações de processo industrial são: (a) sua sensibilidade à incrustação e obstrução quando submetidas a uma variedade de incrustações orgânicas e minerais e (b) sua estabilidade química limitada a uma variedade de substâncias e condições freqüentemente encontradas em correntes de água servida industrial e outras águas servidas. Adicionalmente, a sensibilidade a condições extremas de pH, à presença de solventes orgânicos agressivos e a oxidantes afeta adversamente o desempenho das membranas e encurta sua vida útil.
A presente invenção oferece uma possibilidade para superar a maioria das desvantagens mencionadas acima, permitindo uma aceitação ampla de tecnologia de membrana para tratamento de processos industriais e correntes de água servida conforme descrito em detalhe abaixo.
Na descrição a seguir das figuras, elementos similares nas Figuras são, geralmente, numerados com numerais similares.
Com referência agora à Figura 1, que ilustra uma unidade de nanofiltração para tratamento de água servida onde a corrente via o conduto 41 (não mostrado) ou corrente via conduto 47, de uma primeira etapa de pré-tratamento opcional, é alimentadapara um tanque 11 (preferivelmente contendo carbono ativado 12), circulada por meio de uma bomba 34a via conduto 25 e 25a através de uma membrana de nanofiltração 23 e do tanque de alimentação 11, e força o permeado resultante a passar através da membrana. 0 permeado NF contém principalmente minerais e apenas baixas concentrações de moléculas orgânicas muito pequenas. Preferivelmente, a membrana NF usada neste estágio é quimicamente estável e estável a solvente e suportará a presença de produtos químicos ou solventes orgânicos agressivos.
Durante a etapa NF e como um resultado dapassagem do permeado através do tanque 11 e membrana 23, os compostos orgânicos de peso molecular baixo são concentrados e ao atingirem seu limite de solubilidade eles precipitam na unidade NF. De modo a evitar o acúmulo dos precipitados orgânicos contaminantes nas membranas, eles são constantemente removidos do concentrado NF por meio da membrana UF 24 através do tanque 11, condutos 25 e 25b, e bomba 34b. O permeado UF isento de partícula é retornado para o tanque NF, ajudando a manter o concentrado NF praticamente isento de material de incrustação suspenso. Matéria suspensa 54 de um concentrado UF 28 é opcionalmente separada em um separador de líquido e sólido lld. 0 fluido sobrenadante 48, em pouca quantidade na matéria suspensa, é retornado para o tanque 11. Com referência também à Figura 2, como um resultado da hibridização NF-UF, a unidade NF opera em condições ideais, isenta de material de incrustação, enquanto a matéria orgânica altamente concentrada e com um volume mínimo é removida, por exemplo, por secagem em um secador de leito fluidizado, ou unidade de destilação térmica 61, antes da destruição final e econômica porum dos métodos de destruição a seguir, isto é, decomposição de plasma, incineração ou unidade de destruição termoquímica 62, com recirculação opcional via conduto 63. Novamente, os gases quentes destes processos podem ser, opcionalmente, reciclados para um secador de leito fluidizado. Conforme mencionado acima, uma redução drástica de volume pode ser atingida com a unidade NF-UF hibridizada descrita acima. Tipicamente, o volume do concentrado orgânico será menor que 5% do volume da corrente através do conduto 47 ou do conduto 41, pref erivelmente menor que 1% do volume destas correntes e mais preferivelmente menor que 0,5%.
Em uma outra configuração, os sólidos da membrana UF são periodicamente retro-lavados com o permeado UF usando a bomba 34c. A corrente retro-lavada da membrana UF ou a corrente de sangria do concentrado UF são direcionadas via conduto 26 para um tanque lia (Figura 3) onde os sólidos suspensos da corrente de concentrado UF são sedimentados e separados, enquanto a corrente, com poucos sólidos, é retornada para o tanque 11, portanto permitindo minimização adicional do volume dos sólidos orgânicos para menos que 0,1%.
Em uma outra configuração revelada do módulo NF-UF (Figura 3), tanques Ilb e lia alimentando as membranas UF e NF, respectivamente, são equipados com condutos para passar o permeado da membrana UF via conduto 26 para o tanque lia e, adicionalmente, o concentrado do módulo NF é direcionado por meio do conduto 27a para o tanque Ilb e, dessa maneira, por meio do conduto 25b e 34a para a membrana UF.
Em uma outra configuração da presente invenção, o concentrado da membrana NF é reciclado de volta para uma colunacontendo carbono ativado (AC) 12, preferivelmente localizado no tanque 11. As incrustações orgânicas solúveis que são capazes de incrustar na membrana de nanofiltração são continuamente e seletivamente absorvidas pelo AC durante o processo de concentração, dessa maneira evitando incrustações na membrana NF. Por hibridização dos dois processos, isto é, NF e AC em uma unidade integral, ambas as subunidades estão operando de maneira ideal; a eficiência de absorção do AC aumenta grandemente devido ao aumento constante da concentração da incrustação orgânica que, por outro lado, seria esgotada na corrente de água servida como um resultado da absorção pelo AC, e por outro lado, o fluxo da membrana NF permanece elevado devido à ausência de substâncias de incrustação na corrente. Como um resultado desta hibridização, a quantidade de carbono ativado consumida é muito pequena, isto é, o consumo de AC de apenas 1-10% por cada kg de TOC que está presente na corrente de água servida em contraste com consumos de 50% ou maiores de carbono ativado requeridos em processos de carbono ativado convencionais que operam sem a etapa da membrana NF. Surpreendentemente, o consumo do carbono ativado observado em aplicações de tratamento de resíduo real foi tão baixo quanto apenas 100 mg/litro de volume de água servida tratada, que continha entre 1000-5000 ppm de orgânicos dissolvidos (TOC). Isto contrasta com quaisquer revelações na literatura onde as quantidades requeridas do AC eram muito mais elevadas.
Neste regime sem incrustações, recuperações muitoelevadas, excedendo 98-99%, podem ser atingidas durante a etapa de nanofiltração sem que se depare com problemas de incrustações.
Em uma outra configuração da presente invenção, ocarbono ativado pode servir como um substrato de crescimento para bactérias que podem degradar matéria orgânica. Como um resultado da hibridização de AC e biomassa, uma degradação muito mais efetiva da matéria orgânica é atingida devido a uma alta concentração de matéria orgânica solúvel no concentrado NF.
Uma outra característica da presente invenção provê a possibilidade de separar uma corrente pré-tratada da membrana de nanof iltração 23 via conduto 29 em (a) água essencialmente pura tendo concentrações zero ou negligíveis salino e contaminantes orgânicos e (b) sal puro essencialmente isento de contaminantes orgânicos.
Em uma configuração, que revela uma unidade de pré-tratamento conforme ilustrada na Figura 4, a água servida contendo uma mistura de sais de íons de metal precipitáveis, sais de íons de metal não precipitáveis e matéria orgânica incluindo solventes e solutos orgânicos, é alimentada por meio do conduto 41 em uma unidade de separação opcional que visa remover dela todos os minerais precipitáveis; esta unidade compreendendo um clarificador-separador-reator químico 10, uma bomba 33, uma membrana de ultrafiltração 22; e opcionalmente um separador de sólido-líquido 30. Químicos de precipitação (por exemplo, químico 1, 2, 3) são adicionados ao reator químico 10, fazendo que os minerais precipitáveis precipitem e separem na parte inferior do reator. A corrente clarificada, com pouco teor de precipitáveis, é alimentada na membrana de ultrafiltração 22 para separação e concentração de todos os materiais suspensos e coloidais que são reciclados de volta para o separador-clarificador. O permeado de ultrafiltração limpo e isento de precipitado é alimentado para umaunidade subseqüente por meio do conduto 47. Os precipitados são transferidos da parte inferior do clarificador 10 e opcionalmente condensados em uma lama sólida concentrada 65, enquanto reciclando o filtrado ou decantado de volta para o reator químico para reprocessamento adicional.
Uma outra configuração do sistema de separação -concentração compreende o uso da membrana RO 40 e unidade ED 90, conforme visto na Figura 5. A alimentação é uma corrente pré-tratada que sai do conduto 29 após processamento ou reciclagem através da membrana de nanofiltração e não tem íons precipitáveis e tem uma concentração muito baixa de solutos orgânicos. Apenas esta corrente pré-tratada é adequada para processamento no sistema RO-ED. A concentração baixa de solutos orgânicos no tanque de concentrado RO lie torna possível atingir recuperações muito altas de água na etapa RO sem atingir concentrações excessivas destes solutos orgânicos, bem retidos, dessa maneira minimizando sua passagem para o permeado RO. 0 processo é otimizado de maneira que não permite que os níveis das substâncias orgânicas excedam os valores permitidos, de modo que possa ser obtido um permeado RO de alta qualidade com teores baixos ou inexistentes de orgânicos, o qual pode ser reutilizado como água de resfriamento, água de processo ou para qualquer outro uso. Se uma corrente de alimentação pré-tratada com NF pára a etapa RO não for usada, a concentração dos solutos orgânicos no concentrado RO será muito elevada e uma parte significativa destes solutos orgânicos passará para o permeado, tornando o mesmo inadequado para reuso nas aplicações mencionadas acima.
Adicionalmente, como pode ser observado poralguém com especialização na técnica, sem executar a etapa de nanofiltração antes da etapa RO, muitas substâncias orgânicas, incluindo solventes orgânicos imiscíveis em água, que são retidos pelas membranas RO, podem estar concentrados acima de seu limite de solubilidade e podem começar a precipitar no tanque de concentrado RO lie e, consequentemente, podem obstruir tanto os canais de líquido dos elementos RO quanto sujar as membranas. De maneira similar, os solventes orgânicos concentrados podem acumular nas superfícies das membranas RO como micro-gotas de solventes puros e podem danificar as membranas RO. Dessa maneira, a etapa de pré-tratamento com a unidade de nanofiltração descrita acima é essencial de modo a evitar estas incrustações e efeitos danosos nas membranas RO, e assim permitir recuperações muito elevadas na etapa RO. Recuperação elevada de água é uma condição essencial para qualquer processo de tratamento de água servida com um custo efetivo.
Adicionalmente à eliminação de sujeira que pode ser causada pelas incrustações orgânicas e solventes orgânicos, é também importante entender que sem a remoção dos sais precipitáveis, que é obtida pelo uso da etapa de pré-tratamento químico, seguida pela etapa de nanofiltração conforme descrito acima, recuperações altas na etapa RO não podem ser obtidas, devido à precipitação das inscrustações minerais na membrana RO, novamente impedindo que recuperações elevadas de água sejam atingidas.
Recuperações elevadas de água que podem ser obtidas unicamente graças ao pré-tratamento mencionado anteriormente, aumentam as concentrações dos minerais solúveis emágua no concentrado RO e geram pressão osmótica elevada que impediria uma continuação da etapa de concentração RO e a obtenção das altas recuperações de água desejadas.
É bem conhecido no estado na técnica que concentrados aquosos de minerais isentos de sujeira podem ser facilmente dessalinizados por meio da unidade de eletrodiálise 90. Uma opção possível é transferir o concentrado RO por meio do conduto 38a para um tanque separado Ild que alimenta a unidade ED por meio do conduto 35b com a bomba 36b, reciclando a corrente da unidade ED 90 por meio do conduto 39 de volta para o tanque lld, de modo a continuar o processo de dessalinização até um nível desejado. 0 concentrado de sal purificado ED que sai do conduto 60, e pode ser obtido nesta etapa, é essencialmente livre de contaminantes orgânicos (incluindo solventes orgânicos), que foram removidos na etapa de nanofiltração anterior. Concentrações elevadas de concentrado ED podem ser atingidas na etapa ED, graças à ausência dos íons minerais precipitáveis que foram removidos nas etapas de tratamento químico mencionadas acima. Sem estes tratamentos químicos, as concentrações de sal que podem ser atingidas no concentrado ED estão limitadas a apenas 1-2%, de modo a evitar uma precipitação de íons precipitáveis, tais como CaSO4 ou BaSO4 no concentrado ED. De modo a reduzir o transporte de íons de sulfato e aumentar em alguma extensão a concentração de minerais no concentrado ED, membranas de troca iônica monovalentes e seletivas são freqüentemente usadas, as quais preferivelmente passam o Cl", NO3" e HCO3" e minimizam o transporte de íons S04=bivalentes. Uma das aplicações principais de ED usando membranas ED monovalentes seletivas é uma formação de concentradosde sal (-20% p/p) de água do mar. O presente processo inventivo permite atingir altas concentrações de concentrado ED evitando a precipitação dos sais precipitãveis, sem a necessidade de usar membranas de eletrodiálise seletivas monovalentes. Entretanto, o 5 uso destas membranas seletivas monovalentes no processo inventivo da presente invenção é também possível e pode estender a concentração de sal que pode ser atingida no concentrado ED.
Após dessalinização da corrente de alimentação ED do conduto 35b por meio da bomba 36b até um nível desejado, ela 10 pode ser retornada por meio do conduto 39a para o tanque de alimentação RO lie, de modo a continuar a concentração na etapa RO. A combinação da etapa ED com a etapa RO pode ser efetuada como duas etapas completamente separadas ou como um processo integrado onde ED e RO são operadas simultaneamente, enquanto parte da corrente é reciclada por meio do conduto 39 a partir da unidade ED 90 para o tanque Ild e parte desta corrente será circulada para o tanque lie por meio do conduto 3 9a. De uma maneira similar, a corrente que sai da etapa RO via conduto 3 8 pode ser circulada para o tanque lie (e reinserida por meio do conduto 35a e bomba 36a) e por meio do conduto 38a para o tanque Ild (e reinserida por meio do conduto 3 5b e bomba 3 6b) de modo a manter certos níveis de líquido e níveis de concentração conforme requerido pelo processo. Embora a aplicação destas etapas separadas de ED e RO não seja única e seja conhecida no estado da técnica, a combinação destas etapas com a etapa de nanofiltração anterior e etapas de pré-tratamento químico, de modo a evitar incrustação e danos nas membranas RO e ED, e de modo a atingir altas recuperações, sem incrustação na membrana e com altas purezas de permeado RO econcentrado ED, são novas e atingem resultados não possíveis no passado.
Os pedidos publicados de patente de Schmidt et al., referidos acima, revelam o uso de eletrodiálise integrada com sistemas RO ou NF para tratamento de líquidos contaminados. 0 foco da revelação está no aumento da eficiência de dessalinização, isto é, na remoção de minerais de 90-96% na ED convencional até acima de +98% neste processo integrado. Schmidt et al., entretanto, não revelam o uso de qualquer pré-tratamento que removesse solutos orgânicos precipitáveis, minerais e solventes orgânicos. Como um resultado, ficaria claro para aqueles com especialização na técnica, que o processo combinado de Schmidt et al. falha em operar na presença de orgânicos precipitáveis e substâncias minerais, e que a presença de solventes orgânicos irá danificar as membranas RO e ED.
Dessa maneira, a presente invenção onde tratamento químico pode ser combinado com UF e NF e, opcionalmente, com qualquer tipo de combinação ED/R0 é única e permite a obtenção de recuperações elevadas de água e produtos de alta pureza (permeado RO e concentrado ED).
Muitas correntes de água servida e água industrial podem conter substâncias orgânicas de baixo peso molecular solúveis em água que não são retidas pela maioria das membranas NF, RO e ED. Exemplos típicos são: etanol, metanol, tetraidrofurano, acetona e outros. Como um resultado, processos conhecidos podem não gerar água tratada suficientemente pura e concentrados minerais que possam ser reciclados ou reutilizados. A maioria destas moléculas não é absorvida por materiaisabsorventes, tais como carbono ativado ou outros absorventes, dessa maneira, de modo a reduzir sua concentração da corrente tratada, é requerida a destruição física destas moléculas. Alguns dos meios possíveis são oxidações químicas com ozônio ou com peróxido de hidrogênio com ou sem catalisador. Muitos destes meios de destruição são conhecidos na técnica. Alguns dos esquemas de tratamento mais avançados são aqueles que combinam tecnologias de tratamento de UV com ou sem a adição de produtos químicos e catalisadores.
Uma configuração preferida da presente invenção inclui uma combinação do presente sistema e processo com qualquer um dos meios de destruição de orgânicos mencionados acima. A Figura 6 ilustra pós-tratamento de permeado RO aquoso que sai do conduto 50 e concentrado de sal ED que sai do conduto 60 com, por exemplo, dispositivos de destruição por UV, dos quais correntes polidas saem por meio dos condutos 51 e 66, respectivamente. Estes dispositivos, 93, 92, podem também ser posicionados, respectivamente, no conduto de entrada 29 de corrente pré-tratada ou na corrente de resíduo, diluído de ED por meio do conduto 3 9b. Além do mais, estes meios de destruição de orgânicos podem ser integrados em qualquer local no sistema de tratamento e processo, onde eles possam melhorar a qualidade dos produtos finais e resíduos da corrente.
Em uma configuração preferida da invenção, ilustrada nas Figuras 7 e 8, a corrente pré-tratada NF, essencialmente isenta de sais precipitáveis e substâncias orgânicas, é alimentada no tanque Ilc e circulada para a unidade de destilação de membrana (MD) 70 por meio do conduto 55a (oucondutos 78, 78a) e bomba 36a por meio dos condutos 78 e 78a e de volta por meio do conduto 38 ou 79 para o tanque 11c. O produto desta subunidade é água essencialmente pura que sai do conduto 80, que está isenta de quaisquer contaminantes minerais e orgânicos e que tem uma qualidade tal que pode ser usada como água de processo ou como alimentação para torres de resfriamento. O concentrado da etapa MD carregado com ambos os contaminantes, mineral e orgânico, é simultaneamente circulado por meio dos condutos 78 e 78b e por meio da bomba 36b para a unidade de eletrodiálise 90 que serve para separar minerais de substâncias orgânicas sem carga. Um concentrado de sal altamente purificado que deixa o conduto 60 pode ter uma concentração de 10% p/p, preferivelmente 20% p/p e mais preferivelmente 25% p/p de minerais purificados que podem ser descartados para evaporação final em piscinas de evaporação, ou em cristalizadores-evaporadores térmicos para recuperação de concentrado de sal purificado.
Alternativamente, o concentrado de sal purificado que deixa o conduto 60 pode ser submetido a uma outra unidade de destilação de membrana (MD2) combinada com um cristalizador 99, portanto produzindo cristal de sal puro no conduto 98 e um licor-mãe que pode ser reciclado e recuperado. A corrente de água pura do conduto 80a, da segunda unidade MD, pode ser combinada com uma corrente de água pura do conduto 80, da primeira unidade MD. Como um resultado deste tratamento, água essencialmente pura e cristais de sal essencialmente puros são os produtos principais destas configurações.
Uma das configurações preferidas da presente invenção é um processo que envolve as etapas a seguir:(a) Submeter a corrente contaminada a uma etapa de pré-tratamento químico que remove e filtra por micro ou ultrafiltração todos os minerais precipitados e matéria suspensa,
(b) Tratar uma primeira corrente com uma das versões descritas acima de um módulo NF-UF para a remoção econcentração de substâncias orgânicas,
(c) Submeter a corrente pré-tratada anteriormente a uma etapa de RO ou MD para produção de água tratada e
(d) Tratar a corrente de concentrado da etapa RO ou MD (c) com eletrodiálise de modo a produzir concentrado demineral essencialmente isento de matéria orgânica para descarte ou reuso facilitado.
0 processo da presente invenção pode também, opcionalmente, incluir qualquer uma das etapas adicionais a seguir sozinhas ou em combinação:
(e) Polimento, conforme necessário, das correntes com uma etapa de oxidação por UV,
(f) Destruição do concentrado orgânico dos módulos NF e UF com tratamento com plasma, tratamento dedestruição química ou incineração e
(g) Uso do calor gerado destes processos térmicos para concentração de correntes dos resíduos de concentrado orgânico ou de minerais.
Uma das configurações preferidas do processo acima é uma para produzir qualidade de água de permeado contendo menos que 100 ppm de material dissolvido, opcionalmente menos que 10 ppm de material dissolvido e preferivelmente menos que 1 ppm de material dissolvido e provendo uma concentração da matériaorgânica na corrente de água tratada que seja menor que 100 ppm de TOC, pref erivelmente menor que 3 0 ppm de TOC e mais preferivelmente menor que 1 ppm de TOC.
Uma configuração adicional do processo acima é uma na qual a concentração dos sais minerais no concentrado de sal mineral ou pasta constitui mais que 12% p/p, pref erivelmente mais que 20% p/p, mais pref erivelmente mais que 40% e mais pref erivelmente mais que 70% p/p e a concentração da matéria orgânica no concentrado ou lama mineral seja inferior a 1000 ppm de TOC, pref erivelmente inferior a 100 ppm de TOC, mais pref erivelmente inferior a 50 ppm de TOC e mais pref erivelmente, inferior a 10 ppm de TOC.
Uma outra configuração preferida da presente invenção é uma na qual o volume de concentrado orgânico após tratamento seja menor que 15% da corrente de água servida contaminada original, preferivelmente menor que 5%, mais pref erivelmente menor que 0,5% e mais preferivelmente menor que 0,1%.
Uma configuração preferida da presente invenção é uma na qual a água servida de uma instalação farmacêutica seja tratada pelo presente processo HMT, onde uma corrente de água servida contaminada é submetida ao sistema de tratamento, por exemplo, após tratamento com um reator biológico ou MBR.
Uma outra configuração preferida da presente invenção é uma na qual a água servida resultante da produção de agroquímicos é submetida ao presente sistema de tratamento, por exemplo, após tratamento em um reator biológico ou MBR.
Ainda, outra configuração preferida da presente invenção é uma na qual o processo e o sistema da presente invençãosão usados para tratar água servida de qualquer processo de fermentação, tal como produção de álcool, produção de fermento, produção de biocombustível ou similares; esta corrente de água servida contaminada sendo submetida ao presente sistema de tratamento, por exemplo, após tratamento em um reator biológico ou MBR. Em correntes, tais como de produção de alimentos, o concentrado orgânico na forma solúvel ou precipitada é concentrado acima de 10% p/p, pref erivelmente acima de 20% p/p e mais preferivelmente acima de 40% p/p. A corrente orgânica contém concentrações reduzidas de minerais e, dessa maneira, é utilizável como aditivos de alimentos para animais.
Ainda, outra configuração preferida da presente invenção é uma na qual o processo e o sistema da presente invenção são usados para tratar água servida (de lixiviação) que resultam de locais de depósito de resíduos sólidos, esta corrente de água servida contaminada sendo submetida ao presente sistema de tratamento, por exemplo, após tratamento em um reator biológico ou MBR. De interesse específico é uma corrente mineral da etapa ED contendo principalmente sais de amônio, que podem ser liberados de amônia, ou purificados em ácido nítrico, fosfórico ou sulfúrico formando fertilizantes líquidos.
Uma configuração preferida adicional da presente invenção é uma na qual o processo e sistema da presente invenção são usados para tratar água servida de processos industriais de alimentos, tais como aqueles que produzem leite, queijo ou carne; a corrente de água servida sendo submetida ao presente sistema de tratamento, por exemplo, após tratamento em um reator biológico ou MBR.
EXEMPLOSAs vantagens da presente invenção serão ilustradas nos exemplos não limitativos a seguir.
A eficiência de absorção de carbono ativado com e sem NF é demonstrada nos Exemplos I e II.
Exemplo I
A absorção de corante azul de metileno (MB) com carbono ativado foi determinada pela preparação de um conjunto de soluções de 1 litro de azul de metileno em água destilada, variando a concentração de azul de metileno de 100 ppm até 1000 ppm. As soluções foram agitadas durante uma noite, então amostras de 50 ml foram removidas de cada recipiente, a concentração remanescente de azul de metileno foi medida por meio de espectrofotômetro e a quantidade de azul de metileno absorvida por cada grama de carbono foi calculada. Os resultados são providos na Tabela 1 abaixo. Fica claro neste exemplo que a eficiência de absorção de moléculas orgânicas diminui agudamente quando a concentração do soluto orgânico na solução diminui.
Tabela 1: Eficiência de absorção de azul de metileno (MB) por carbono ativo em relação à concentração de MB na solução de equilíbrio.
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Exemplo II
0 experimento a seguir foi feito em uma célula de teste em escala laboratorial, feita de um recipiente de pressão de aço inoxidável que é composto de duas partes principais: (a) seção de flange inferior tendo suporte SS sinterizado com a membrana de nanofiltração montada para parte superior do sinterizador, e (b) a parte superior, que é um cilindro SS de flange, equipado com um agitador magnético e com uma tampa de flange superior.
A célula foi cheia com uma solução de teste contendo 150 ml de solução de azul de metileno a 75 ppm; a quantidade original de MB na célula era de 11,3 mg. À solução de teste MB nós adicionamos 11 miligramas de AC na forma em pó. Os flanges da célula de teste foram montados de forma apertada; o agitador magnético foi iniciado e pressão foi suprida a partir de um balão de nitrogênio comprimido através de um regulador de pressão. A potência nominal da pressão era de 40 bars.Mediante a aplicação de pressão, o líquido de teste forçado permeou através da membrana. A membrana de nanofiltração que foi instalada na célula era de um tipo Nano Pro - BPT-NF-4, tendo rejeições de glicose de 95% e 100% de rejeição a azul de metileno. Rejeição (%) é definida pela equação (1) , onde Cp é a concentração de corante na solução de permeado e Cc é a concentração de corante no lado do concentrado. Cem por cento (100%) de rejeição de corante indicam que a concentração de corante na corrente de permeado é de 0 ppms.
<formula>formula see original document page 52</formula>
Devido a esta elevada rejeição a MB, o permeado não contém qualquer MB e todo o MB foi concentrado na célula.
O experimento continuou até 135 ml do permeado serem removidos da célula, dessa maneira concentrando o MB10 vezes (Fator de Concentração de Volume - VCF=10)
A célula foi aberta, a solução de concentrado foi filtrada para separar as partículas de carbono e a concentração de MB medida foi de 4 00 ppm. Visto que o volume de concentrado remanescente era de 15 ml, a quantidade calculada de MB na solução aquosa foi de 4,5 miligramas e a quantidade absorvida por 11 miligramas de carbono ativado foi de 6,7 miligramas. Dessa maneira, a capacidade de absorção de MB por carbono ativo hibridizado na membrana de nanofiltração foi de aproximadamente 60%. Com base nos dados do experimento de absorção providos na Tabela 1, seria esperado que a quantidade de MB absorvida por AC fosse de apenas 7%.
Este experimento demonstra as vantagens dehibridização de AC com uma unidade acionada por pressão tal como NF.
Exemplo III
0 efeito de carbono ativado no fluxo da membrana durante processamento de água servida ultrafiltrada.
Os experimentos foram feitos na célula de laboratório descrita no Exemplo II. A célula incluía o mesmo tipo de membrana do Exemplo II. Várias operações de concentração foram executadas usando água servida de uma companhia farmacêutica, a qual foi tratada quimicamente pelo aumento do pH e adição de fosfato trissódico de modo a precipitar todos os íons de cálcio e magnésio. A turbidez foi removida por meio de uma membrana de ultrafiltração com um corte de peso molecular de 200.000 Daltons. 0 permeado límpido cristalino da UF foi usado em todos os experimentos subseqüentes. A concentração de matéria orgânica nesta corrente tratada foi de TOC = 2380 ppm, e a concentração de sal foi de 2,5%.
Os fluxos da membrana foram medidos durante a operação de concentração até valores do Fator de Concentração de Volume (VCF) até VCF = 50. Os resultados que mostram os fluxos como uma função da concentração de carbono ativado são providos na Figura 9. Os resultados mostram claramente que sem a presença de carbono ativado, o fluxo da membrana diminui agudamente para um VCF = 10 para um fluxo de aproximadamente 5 litros/m2*hora, enquanto a adição de apenas 100 ppm de carbono ativado ajudou a manter o fluxo acima 10 Imh em um VCF = 20. Aumento adicional de AC para 250 ppm ajudou apenas a manter o fluxo em níveis de aproximadamente 25 Imh a um VCF =40, e a adição de 500 ppm de ACmanteve os fluxos em valores mais elevados que 35 a um VCF = 50.
Para comparação são mostrados, no mesmo gráfico, resultados obtidos com uma membrana NF comercial das membranas Koch MPS-44 em experimentos pilotos sem a adição de carbono ativo.
Exemplo IV
O experimento a seguir demonstra a eficácia do sistema híbrido de membrana de acordo com a presente invenção na separação da corrente de água servida em produtos que podem ser reciclados. 0 sistema foi construído de acordo com os detalhes mostrados nas figuras, e contendo os seguintes componentes:
Um sistema de ultrafiltração tubular com um tubo de 8 mm de diâmetro e um corte de 200.000 Daltons. O sistema UF foi operado em uma velocidade linear de 4 metros por segundo a uma pressão de 1 bar, usando uma corrente de água servida industrial que foi, primeiramente, preparada quimicamente de acordo com o Exemplo III. 0 fluxo médio obtido nestas condições a um VCF de 10 foi de 300 litros/m2*hora*bar. 0 permeado límpido cristalino foi alimentado em um tanque de alimentação de um sistema de nanofiltração, que era equipado com uma pequena coluna de carbono ativado contendo 100 gramas de carbono ativado. 0 experimento de nanofiltração usou um elemento de nanofiltração estável a solvente e quimicamente estável, Nano-Pro-BPT-NF-4 de polegadas de diâmetro e 14 polegadas de comprimento. 0 experimento foi operado por um período de 1 mês, processando um volume total de água 25 servida de 1000 litros. 0 consumo médio de carbono ativado atingido foi de 100 ppm. Uma taxa média de fluxo elevado de 20 Imh foi atingida nestes experimentos. O permeado deste experimento foi constantemente adicionado a uma unidade RO/ED híbrida gerando umasalmoura concentrada de 20% contendo apenas 140 ppm de contaminantes orgânicos e permeado RO com uma salinidade menor que 100 ppm e teores de orgânicos menores que 10 ppm.
Durante este experimento, a recuperação do permeado RO foi de 90%.
Este conjunto experimental não incluiu uma unidade de destilação centrífuga ou de membrana.
O contato do concentrado de nanofiltração com um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável, de acordo com a presente invenção, proveu resultados melhorados que incluem o prolongamento da vida da membrana de nanofiltração.
Exemplo V
0 experimento a seguir demonstra a eficácia do sistema híbrido de membrana na recuperação de minerais valiosos de uma corrente de água servida. 0 sistema híbrido usado neste experimento era similar a um sistema apresentado no exemplo IV com várias modificações.
a. A corrente de água servida não foi tratada com um tratamento biológico e continha diluído - 3,5% de CaCl2contaminado com várias centenas de ppm de substâncias orgânicas e solventes orgânicos agressivos, tais como: 1,2-dicloropropano, acetona e éter dicloro diisopropílico.
b. A corrente foi processada no sistema UF a umpH elevado >11.
c. Ao invés de usar uma membrana RO na etapa detratamento principal, uma membrana NF foi usada do mesmo tipo mencionado no Exemplo IV. 0 pH durante este experimento foi reduzido para aproximadamente 3.Os resultados de processamento desta corrente são como segue: concentrado de CaCl2 de 20% foi obtido com apenas 120 ppm de TOC. Isto significa que o produto recuperado concentrado foi altamente purificado.
O contato do concentrado de nanofiltração com um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável, de acordo com a presente invenção, proveu resultados melhorados que incluem o prolongamento da vida da membrana de nanofiltração.
Exemplo VI
Concentrado de sal do Exemplo V foi processado emuma instalação laboratorial contendo uma unidade de destilação de membrana equipada com membranas de polipropileno hidrofóbicas que passam apenas vapores de água, mas não água na forma líquida. A força de acionamento foi criada por vácuo no lado do permeado e aquecimento da solução no lado salino. Durante este experimento a concentração da corrente salina foi aumentada de 20% para aproximadamente 40%. A solução pré-concentrada foi resfriada a 4°C, permitindo que sal de CaCl2 precipitasse na forma de cristais que continham 70% p/p de CaCl2 puro.
Fica claro para um técnico na área como estaunidade pode ser integrada em uma instalação comercial de grande escala para concentrar o concentrado de ED em sal sólido.
Exemplo VII
Uma amostra de corrente de água servida após tratamento em um MBR (reator biológico de membrana) foi inserida em uma célula de teste NF equipada com uma membrana NF (tipo BPT-NF-3) caracterizada por rejeição a glicose de 90%. O volume de teste foi de 150 ml, a área da membrana era de 13 cm2 e oexperimento de concentração foi executado em uma pressão operacional de 30 bars. 0 TOC da amostra de alimentação era de 1100 mg/l. A amostra foi concentrada 10 vezes gerando 15 ml de concentrado com um valor TOC de 8200 mg/l e 135 ml de permeado com um teor TOC de 300 mg/l. Os resultados deste experimento sugerem que a concentração de NF prosseguiu conforme esperado, onde a fração TOC solúvel foi concentrada em uma célula de teste de acordo com o fator de concentração volumétrica (VCF = 10) e rejeição da membrana.
Exemplo VIII
Uma corrente de água servida após tratamento em um MBR como no exemplo VII foi processada em um sistema NF compreendendo um reservatório NF de 30 litros, uma coluna de carbono, e uma bomba NF que aumenta a pressão da alimentação NF para 20 bars e circula a mesma através de um elemento NF espiralado de 2,5 polegadas, caracterizado por uma rejeição a glicose de 90%. O permeado NF é removido do sistema NF em uma taxa de fluxo de 1 litro/hora e o volume do reservatório NF é constantemente reabastecido com alimentação fresca do MBR em uma taxa de 1 litro/hora; o tempo de retenção médio do líquido no sistema NF é de aproximadamente 30 horas. A concentração de TOC do permeado e das correntes de concentrado foi medida periodicamente como um função do tempo e da concentração volumétrica obtida no experimento. Os resultados destas medições são mostrados na Figura 10. Conforme observado, surpreendentemente a concentração da matéria orgânica no concentrado NF não aumenta proporcionalmente ao VCF, mas permanece em um valor muito mais baixo que o valor esperado. Quando o fator de concentração volumétrica atingiu umvalor de 20 e a concentração da matéria orgânica no concentrado era esperada ser de aproximadamente 20000 mg/l, o valor TOC real medido foi de apenas 2100 mg/l, isto é, apenas 10% do valor esperado.
O carbono ativado foi removido e analisado quantoà presença de biomassa ativa, que foi encontrada. Estes resultados indicam a formação de um novo tipo de reator biológico - carbono ativado hibridizado dentro de uma etapa de nanofiltração.
O contato do concentrado de nanofiltração com um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável, de acordo com a presente invenção, proveu resultados melhorados que incluem o prolongamento da vida da membrana de nanofiltração.
Exemplo IX:
Um exemplo comparativo que demonstra o desempenho melhorado da etapa NF operando com UF que remove precipitados do concentrado NF.
Água servida industrial de uma instalação farmacêutica que foi primeiramente tratada em uma instalação de tratamento biológico de água servida e, então, continha 700-1200 mg/litros de carbono orgânico total (TOC) e 2% de minerais, foi alimentada a uma planta piloto HMT (Tecnologia de Membrana Híbrida).
O pH da corrente foi aumentado de um valor inicial de 8,2 para acima de 10, e a corrente foi filtrada através de um primeiro estágio UF equipado com membrana tubular de 1 polegada contendo membranas UF de 8 mm de diâmetro classificadas com poros de tamanho de 20-30 nanometros. A pressão operacional foi de aproximadamente 1 bar e a velocidade de circulação dentrodo módulo UF foi de aproximadamente 4 metros cúbicos/hora, criando uma velocidade linear dentro das membranas UF tubulares de 4 metros/segundo. A concentração dos íons de Ca foi reduzida de um valor inicial de aproximadamente 400 mg/litro até menos que 10 mg/litro. O volume de concentrado de matéria suspensa desta etapa UF foi menor que 0,5% do volume de alimentação total processado nesta etapa.
O permeado da etapa UF acima foi alimentado continuamente a uma unidade híbrida NF contendo um reservatório NF de aço inoxidável de 20 litros equipado com uma bomba de alta pressão (30 bars) que circulava continuamente o permeado UF mencionado acima através de um elemento espiralado resistente a solvente (BPT-NFSR-4), um produto da "BPT - Bio Pure Technology Ltd" . A classificação do corte de peso molecular (MWCO) deste elemento é de aproximadamente 200 (caracterizado por aproximadamente 95% de rejeição à glicose) e tinha dimensões físicas de 2,5 polegadas de diâmetro e 14 polegadas de comprimento. O permeado da etapa NF foi continuamente alimentado em uma etapa RO subseqüente, enquanto o concentrado foi reciclado de volta para um reservatório de alimentação NF passando através de um filtro de carbono granulado contendo 100 gramas de carbono ativado. A matéria orgânica retida pela membrana foi concentrada volumetricamente no tanque de alimentação por um fator de ou mais. A taxa de fluxo inicial do permeado foi de aproximadamente 15 litros/m2/hora (LMH). A taxa de fluxo do permeado foi registrada como uma função do tempo de operação e é provida na figura 11. Conforme observado, a taxa de fluxo do permeado foi rapidamente diminuindo de um valor de 15 LMH até 2 LMH, indicandoincrustação na membrana após apenas 3 dias. Após um período de aproximadamente 2 semanas, o experimento foi interrompido, todo o líquido do tanque de alimentação foi removido, o carbono ativado foi substituído por uma porção fresca e um elemento NF espiralado foi limpo por meio de um sistema de limpeza no local (CIP).
Em um experimento adicional, o sistema NF descrito acima foi modificado pela adição, à saída inferior do reservatório NF, de uma bomba de baixa pressão adicional que circulava uma parte do concentrado NF através do elemento UF cerâmico tubular, classificado com um MWCO de 20.000 Daltons. O permeado límpido da segunda unidade UF foi retornado para o tanque NF. 0 elemento UF foi periodicamente retro-lavado por meio do permeado UF e a corrente de retro-lavagem contendo matéria suspensa foi deixada sedimentar em um reservatório separado. O líquido sobrenadante, com pouca matéria suspensa, foi retornado para o tanque de alimentação UF para reprocessamento. O fluxo do elemento NF foi registrado como uma função do tempo e é provido na mesma Figura 11. Fica evidente que quando um segundo sistema UF foi operado de maneira hibridizada com o concentrado NF, os fluxos permaneceram em níveis muito mais elevados por um período que excedeu a 2 meses.
Embora a presente invenção tenha sido ilustrada pela descrição e embora as configurações ilustrativas tenham sido descritas com detalhes consideráveis, não é intenção do requerente restringir, ou de qualquer maneira limitar, o escopo das reivindicações anexas, em relação a estes detalhes. Vantagens e modificações adicionais ficarão prontamente aparentes para aqueles com especialização na técnica. A invenção em seus aspectos maisamplos não está, portanto, limitada aos detalhes específicos, sistemas e métodos representativos, e exemplos ilustrativos mostrados e descritos. Consequentemente, desvio destes detalhes são permitidos sem sair do espírito ou escopo do conceito inventivo geral do requerente.
Claims (15)
1. Módulo, tendo utilidade na redução do teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a matéria orgânica, caracterizado pelo fato de quecompreende os itens (a), (b) e (c), e opcionalmente (d):(a) um dispositivo de nanofiltração;(b) um dispositivo de ultrafiltração, preferivelmente retro-lavável;(c) conduto(s) adaptado(s) para transportar concentrado do dispositivo de nanofiltração para o referidodispositivo de ultrafiltração;(d) um recipiente contendo carbono ativado e conduto(s) adaptado(s) para transportar o referido concentrado do dispositivo de nanofiltração para o referido recipiente paracontato com o referido carbono ativado; onde o módulo compreende também: conduto(s) de entrada de fluxo adaptados para transportar a referida corrente para o referido dispositivo de nanofiltração; e conduto(s) de saída de fluxo para o referido recipiente, o concentrado e permeado do dispositivo de ultrafiltração e o permeado do dispositivo de nanofiltração.
2. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado ainda por pelo menos uma das seguintes características:(i) o referido dispositivo de nanofiltração tem um corte de 1000 Daltons, pref erivelmente 500 Daltons e maispreferivelmente 160 Daltons;(ii) o referido dispositivo de nanofiltração é estável a um pH de 7-14;(iii) o referido dispositivo de nanofiltração é estável a um pH de 0-7;(iv) o referido dispositivo de nanofiltração é estável na presença de solventes orgânicos miscíveis em água eimiscíveis em água;(v) a referida corrente de água servida é essencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis,(vi) o referido módulo também compreende um recipiente contendo carbono ativado adaptado para contato com águaservida no fluxo de entrada antes do contato com o referido dispositivo de nanofiltração, contanto que este carbono ativado e qualquer outro carbono ativado conforme mencionado na parte (d) da reivindicação 1, na totalidade ou parcialmente, possam suportar opcionalmente bactérias de degradação de matéria orgânica.
3. Módulo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que inclui a característica (vi) e onde um recipiente único contendo o referido carbono ativo é operacional para contatar a referida água servida de fluxo de entrada e para contatar o referido concentrado do dispositivo de nanofiltração.
4. Sistema para tratamento de uma corrente de água servida contendo sais de íons de metal precipitáveis, sais de íons de metal não precipitáveis e matéria orgânica que inclui solventes e solutos orgânicos, caracterizado pelo fato de que 25 compreende as seguintes unidades:(A) um reator, provido com conduto(s) de fluxo de entrada de corrente de água servida, conduto(s) de fluxo de entrada para reagentes adaptados para formar sais insolúveis emágua pela reação com íons de metal precipitáveis na referida corrente, conduto(s) de saída para remoção como uma pasta dos referidos sais insolúveis em água, e conduto(s) de saída para conduzir a referida corrente esgotada de sais inorgânicos precipitáveis para a unidade (B);(B) um dispositivo de ultrafiltração, adaptado para reduzir o teor de sais de íons de metal precipitáveis na referida corrente esgotada de sais para menos que 100 ppm, e provido com conduto(s) de entrada para a referida correnteesgotada de sais, conduto(s) de saída de concentrado do dispositivo de ultrafiltração de precipitado de sal inorgânico e conduto(s) de saída de permeado do dispositivo de ultrafiltração essencialmente isento de íon de metal precipitável; e(C) o módulo definido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que inclui ainda uma das seguintes características (Dl) (D2) e (D3):(D1) uma combinação de membranas de eletrodiálise e osmose reversa adaptada para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o referido permeado do dispositivo de nanofiltração tendo um teor reduzido de matéria orgânica, de modo a separar o mesmo em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e ainda um teor ainda mais reduzido de matéria orgânica, e um permeado de água essencialmente pura;(D2) uma unidade destilação de membrana que opera para receber o referido permeado do dispositivo de nanofiltração,de modo a separar o mesmo em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e solutos orgânicos e um permeado de água essencialmente pura;(D3) uma combinação de membranas de eletrodiálise e destilação de membrana adaptadas para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o referido permeado do dispositivo de nanofiltração, de modo a separar o mesmo em um condensado de destilação de membrana de água essencialmente pura e um concentrado de mineral da(s) referida(s) membrana(s) de eletrodiálise essencialmente isento de contaminantes orgânicos.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui ainda pelo menos uma das características a seguir (E) e (F): (E) uma unidade adaptada para a destruição dematéria orgânica recebida do referido conduto(s) de saída do referido concentrado do dispositivo de ultrafiltração, e opcionalmente também do referido recipiente contendo carbono ativado;(F) pelo menos uma unidade adaptada para oxidarsob radiação de ultravioleta, quaisquer compostos orgânicos de baixo peso molecular em um ou mais dentre os pontos a seguir:(i) no referido permeado do dispositivo de nanofiltração; e/ou 2(ii) no permeado de osmose reversa e/ouconcentrado de eletrodiálise (sal); e/ou(iii) no permeado de destilação de membrana e/ou no concentrado de destilação de membrana.
7. Processo para reduzir o teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a matéria orgânica, caracterizado pelo fato de que compreende o contato da referida corrente de água servida com um dispositivo denanofiltração, de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de íons de metal não precipitáveis que possam estar presentes na referida corrente de água servida, então contatar o referido concentrado com um dispositivo de ultrafiltração preferivelmente retro-lavável, eopcionalmente também com carbono ativado, de modo a reduzir o teor e volume de matéria orgânica no referido concentrado.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, que é adicionalmente caracterizado por pelo menos uma das seguintes características:(i) o referido dispositivo de nanofiltração temum corte de 1000 Daltons, preferivelmente 500 Daltons e mais preferivelmente 160 Daltons;(ii) o referido dispositivo de nanofiltração é estável a um pH de 7-14;(iii) o referido dispositivo de nanofiltração éestável a um pH de 0-7;(iv) o referido dispositivo de nanofiltração é estável na presença de solventes orgânicos miscíveis em água e imiscíveis em água;(v) a referida corrente de água servida éessencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis,(vi) a referida corrente de água servida é contatada com carbono ativado adicional, antes do contato com oreferido dispositivo de nanofiltração, contanto que este carbono ativado adicional e qualquer outro carbono ativado conforme mencionado na reivindicação 7, na totalidade ou parcialmente, possam suportar opcionalmente bactérias de degradação de matéria 5 orgânica.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a característica (vi) se aplica, e um corpo único do referido carbono ativado é usado para contatar água servida de entrada, e para contatar o referido concentrado do dispositivo de nanofiltração.
10. Processo para tratamento de água servida que contém sais de íons de metal precipitáveis, sais de íons de metal não precipitáveis e matéria orgânica incluindo solventes e solutos orgânicos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas seqüenciais a seguir:(A) contatar a referida água servida com reagentes adaptados para precipitar sais insolúveis em água de íons de metal precipitáveis dos mesmos, remover a pasta formada dos referidos sais insolúveis em água, e conduzir a referida águaservida esgotada de sais inorgânicos para a etapa (B);(B) contatar a referida água servida da etapa (A) com um dispositivo de ultrafiltração, adaptado para reduzir o teor de íons de metal precipitáveis na referida corrente esgotada de sais para menos que 100 ppm,· e(C) contatar o permeado do referido dispositivode ultrafiltração com um dispositivo de nanofiltração, de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de íons de metal não precipitáveis quepossam estar presentes na referida água servida, então contatar o referido concentrado com um dispositivo de ultrafiltração, preferivelmente retro-lavável, e opcionalmente também com carbono ativado, de modo a reduzir o teor e volume de matéria orgânica no referido concentrado.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que inclui ainda uma das etapas a seguir (Dl) (D2) e (D3) :(Dl) contatar o referido permeado do dispositivo de nanofiltração com uma combinação de membranas de eletrodiálise e osmose reversa adaptada para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, de modo a separar o referido permeado tendo um teor reduzido de matéria orgânica em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e tendo um teor ainda mais reduzido de matéria orgânica, e um permeado de água essencialmente pura ;(D2) contatar o referido permeado do dispositivo de nanofiltração com uma unidade destilação de membrana, de modo a separar o referido permeado em um concentrado contendo essencialmente todos os sais de íons de metal não precipitáveis e um permeado de água essencialmente pura;(D3) contatar o referido permeado do dispositivo de nanofiltração com uma combinação de membranas de eletrodiálise e de destilação de membrana adaptadas para operar serialmente ou paralelamente, simultaneamente ou seqüencialmente, e para receber o referido permeado do dispositivo de nanofiltração, de modo a separar o mesmo em um condensado de destilação de membrana de águaessencialmente pura e um concentrado de mineral da referida membrana(s) de eletrodiálise essencialmente isento de contaminantes orgânicos.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui ainda pelo menos uma dasetapas a seguir:(E) destruição da matéria orgânica no concentrado do dispositivo de ultrafiltração, e opcionalmente também, na saída do líquido do referido contato com carbono ativado; (F) contatar com radiação ultravioleta o referidopermeado do dispositivo de nanofiltração, e/ou o permeado de osmose reversa, e/ou o concentrado de eletrodiálise (sal), e/ou o permeado de destilação molecular e/ou o concentrado de destilação de membrana, de modo a oxidar quaisquer compostos orgânicos de baixo peso molecular presentes nos mesmos.
13. Em um processo para reduzir o teor e volume de matéria orgânica em uma corrente de água servida contendo a matéria orgânica, e cuja corrente seja essencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis, caracterizado pelo fato deque a referida corrente de água servida está em contato com um dispositivo de nanofiltração de modo a obter um concentrado, e um permeado como uma corrente aquosa contendo quaisquer sais de íons de metal não precipitáveis que possam estar presentes na referida corrente de água servida; o aprimoramento compreendendo uma etapa de prolongamento da vida do referido dispositivo de nanofiltração por meio de contato do referido concentrado com um dispositivo de ultrafiltração, portanto removendo continuamente matéria precipitada formada no dispositivo de nanofiltração.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, que é caracterizado ainda por pelo menos uma das características a seguir:(i) o referido dispositivo de nanofiltração tem um corte de 1000 Daltons, preferivelmente 500 Daltons e maispreferivelmente 160 Daltons;(ii) o referido dispositivo de nanofiltração é estável a um pH de 7-14;(iii) o referido dispositivo de nanofiltração é estável a um pH de 0-7;(iv) o referido dispositivo de nanofiltração é estável na presença de solventes orgânicos miscíveis em água e imiscíveis em água;(v) a referida corrente de água servida é essencialmente isenta de sais de íons de metal precipitáveis,(vi) a referida corrente de água servida é contatada com carbono ativado, antes do contato com o referido dispositivo de nanofiltração, ou após o referido contato, ou antes e depois do referido contato; contanto que este carbono ativado,na totalidade ou parcialmente, possa suportar opcionalmente bactérias de degradação de matéria orgânica.(vii) o referido dispositivo de ultrafiltração é um dispositivo de ultrafiltração retro-lavável.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a característica (vi) se aplica eonde um corpo único do referido carbono ativado é usado para contatar água servida de entrada, e para contatar concentrado do dispositivo de nanofiltração, em adição ao referido contato doreferido concentrado de nanofiltração com o referido dispositivo de ultrafiltração.
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