BRPI0709914A2 - aparelho para a purificaÇço de dejetos contaminados e processo de purificaÇço de Água - Google Patents

Abstract

APARELHO PAPA A PURIFICAÇAO DE DEJETOS CONTAMINADOS E PROCESSO DE PURIFICAÇçO DE ÁGUA Trata-se de um processo e aparelho para remover colóldes e compostos de nitrogênio da água contaminada coagulando-se os colóldes e os separando da água. A água é, então, continuamente oxidada com cloro por eletrólise com a finalidade de destruir compostos de nitrogênio.

Description

"APARELHO PARA A PURIFICAÇÃO DE DEJETOS CONTAMINADOSE PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA"

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

Este pedido reivindica a prioridade do PedidoProvisório número de série U.S. 60/787.907, depositado em 31de março de 2006 e do Pedido Provisório número de série U.S.60/788.278, depositado em 31 de março de 2006, estando aquiincorporados em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo para apurificação de água e a um aparelho que serve para realizareste processo. A invenção se refere, ainda, à cloraçãoeletrolitica da água purificada.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Têm-se buscado há muito tempo métodos e aparelhoseconômicos e eficazes para purificar água contaminada,particularmente água contendo ácidos graxos. A águacontaminada, por exemplo, água contendo compostos denitrogênio solúveis, emulsões ou suspensões coloidaisorgânicas suspensas, como efluentes provenientes de usinasde processamento de carne, fábricas de laticínios, usinas deprocessamento de queijo, padarias, fábricas químicas,indústrias de papel e usinas de petróleo e efluentesincluindo esgoto bruto têm interesse particular.

Os colóides apresentam uma carga negativa que osimpedem se coalescer e tornam a filtração ou separaçãopraticamente impossíveis. Os métodos anteriores parapurificação de água incluem a combinação de água contaminadacom ácidos graxos e ions metálicos liberados a partir doseletrodos durante a eletrólise de modo a formar sabõesmetálicos hidrofóbicos. Os ions metálicos bivalentes outrivalentes são liberados a partir dos eletrodos durante aeletrólise e se combinam com os ácidos graxos de modo aformar um floculante insolúvel. Por sua vez, o floculanteentra ou absorve outras impurezas presentes na águacontaminada. Portanto, o floculante serve como um meio detransporte para remover não apenas ácidos graxos, mas tambémoutras impurezas da água. Com a finalidade de garantir aprodução continua de ions, os eletrodos foram dispostos emum leito de remoção de partículas sólidas. As partículassólidas foram mantidas pelo fluxo de água de processoatravés da câmara de eletrólise de modo a desgastar e limparcontinuamente as superfícies do eletrodo. O floculante e asimpurezas produzidas foram direcionados para uma bacia defloculação/separação onde o floculante e as impurezasproduzidas foram separados por flotação, deixando a águapurificada para que seja retirada da bacia.

Os sistemas de tratamento de água eletrolítica,incluindo os sistemas de eletro-flotação e eletro-coagulação, embora funcionais, apresentam dificuldadesquando seus eletrodos se tornam revestidos por uma camadainsolúvel que não é removível meramente alterando-se apolaridade dos eletrodos. Isto é especialmente verdadeiroquando a água de esgoto contendo ácidos graxos forma umsabão metálico insolúvel na superfície do ânodo que édifícil de se remover.Os sistemas atuais de tratamento de águaeletrolitica limpam os eletrodos por um leito de remoção departículas duras e introduzem ar antes que a célulaeletrolitica mova o leito e a água tratada através dosistema. No entanto, descobriu-se que as bolhas antes dascélulas eletrolíticas aumentam a resistência elétrica entreos eletrodos, exigindo, assim, altas voltagens e induzindoum desgaste excessivo dos eletrodos, das paredes e partes da célula.

Após a maior parte dos contaminantes ter sidoremovida, os materiais contaminantes dissolvidos e suspensosremanescentes precisam ser removidos e foram tratados poreletrólise com cloro. O cloro é normalmente constituído poreletrólise, introduzindo-se continuamente uma solução salinaconcentrada (íons de cloreto) no compartimento anódico deuma célula eletrolitica que fica separado do compartimentocatódico por um diafragma permeável. Antes do advento dediafragmas de troca de íons, os diafragmas eram constituídospor camadas de papel de asbestos entre o ânodo e o cátodopara evitar ao máximo a mistura do cáustico produzido nocompartimento catódico com o cloro produzido nocompartimento anódico. Atualmente, utilizam-se, tipicamente,diafragmas de troca catiônica de íons que evitam o fluxo deânions e soluções de um compartimento para outro.

O cloro, como o hipoclorito de sódio, pode serconstituído eletrolisando-se água salina sem o uso dediafragmas. Este processo é particularmente útil paraaplicações em piscinas. Este processo apresenta adesvantagem de utilizar sal e o cálcio e magnésio presentesna água para formar carbonatos que se depositam no cátodo,eventualmente o isolando e evitando um fluxo de correnteentre os eletrodos. 0 cátodo deve, então, ser limpo comácido de modo a remover o revestimento calcário.

A técnica eletrolitica padrão para clorar a águaem piscinas consiste em fornecer uma célula separadacontendo uma alta concentração de sal comum que, mediante aeletrólise, proporciona um hipoclorito de sódio ou cloro queé colocado na piscina. Teoricamente, é possivel adicionarsal comum suficiente à água da piscina e o eletrolisardiretamente. No entanto, esta técnica tem a desvantagem deque a água apresenta um sabor salgado aos banhistas e que ocálcio contido na água se deposita sobre os cátodos até oponto em que o fluxo da corrente é interrompido ou afetado.Descobriu-se que, na prática, a alteração da polaridade pararemover o cálcio depositado sobre os cátodos leva à corrosãodo cátodo.

A indústria de purificação de água continua abuscar por métodos novos e aprimorados para remover osácidos graxos e outros contaminantes da água.

Conseqüentemente, há uma necessidade persistente, porém,não-realizada por métodos mais econômicos, eficazes econvenientes para purificar a água, particularmente águacontaminada com ácidos graxos e outros contaminantes etratar a água purificada para eventual descarte ou uso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOUma modalidade da invenção descreve um aparelho para apurificação de dejetos contaminados que compreende uma (a)célula eletrolitica,(b) uma porta de entrada abaixo dacélula eletrolitica,(c) uma seção superior acima da célulaeletrolitica incluindo um pulverizador de ar e uma saida,

(d) um espaço de drenagem fechado adjacente à seção superiorque compreende meios para separação de água e impurezas, e

(e) uma bomba de re-circulação que conecta a saida à portade entrada da célula eletrolitica. Os eletrodos da célulaeletrolitica são, de preferência, conectados em série. 0aparelho pode incluir, também, uma bacia com fundo inclinadoem declive afastada da seção superior que compreende umasaida . de água purificada na extremidade inferior da parteinferior inclinada oposta à seção superior, uma saida de re-circulação situada acima da saida de água purificada, e umaporta de saida situada acima da saida de re-circulação. Δsaida de re-circulação pode ser conectada à bomba de re-circulação. Em modalidades alternativas, o aparelho podeincluir, também, um filtro, como, mas sem limitar-se a, umfiltro a vácuo giratório, um filtro de prensa, um filtro avácuo com correia transportadora, um filtro de areia ou umfiltro centrifugo. Em algumas modalidades, a seção superioré cônica na seção transversal e os eletrodos podem ser deferro, magnésio, alumínio e suas ligas. Em algumasmodalidades, a polaridade dos eletrodos é continuamentecíclica e a freqüência do ciclo de polaridade dos eletrodosestá entre cerca de 1 alteração por 1 segundo e cerca de 1alteração por 10 minutos. Em algumas modalidades, oequipamento de cloragem também está incluso no aparelho.

Em outra modalidade da invenção, descreve-se umprocesso de purificação de água que compreende as etapas de;(a) passar a água contaminada em uma direção verticalmenteascendente através de uma célula eletrolitica dotada de umapluralidade de eletrodos circundada por um leito de remoçãode partículas sólidas não-condutivas de modo a formar umfloco hidrofóbico que compreende água purificada, água,impurezas e espuma; (b) direcionar os flocos para uma câmaradiretamente conectada a uma extremidade superior da câmarade eletrólise; (c) separar as impurezas, espuma e água daágua purificada; (d) re-circular uma porção da água a partirda câmara fechada até a célula eletrolitica; (e) remover asimpurezas e a espuma da câmara fechada; e (f) remover a águapurificada da câmara fechada. Em algumas modalidades,borrifa-se ar acima da célula eletrolitica e os eletrodossão conectados em série e a polaridade dos eletrodos écontinuamente alterada. Em algumas modalidades, a velocidadede ascensão da água é parcialmente realizada pela re-circulação da água através da célula e a água contaminada édirecionada através do leito de remoção por pressão. Depreferência, as partículas não-condutivas consistem emgranito e têm uma densidade específica maior que a densidadeespecífica da água contaminada e sua velocidade de quedalivre é maior que a velocidade da água. Em algumasmodalidades, a água purificada é adicionalmente clorada. Emalgumas modalidades, a polaridade dos eletrodos é alternadaaplicando-se uma voltagem de corrente direta e a freqüênciana alteração de polaridade varia de cerca de 1 alteração porsegundo a cerca de 1 alteração por 10 minutos e a alteraçãoda polaridade tem a mesma duração. Em algumas modalidades,adiciona-se uma solução saponácea adicional à água a serpurificada, e são produzidas micro-bolhas utilizando-se aalteração de pressão devido a uma bomba de re-circulação.

Em outra modalidade da invenção, descreve-se osistema de cloragem tendo um ou mais ânodos, um diafragmaporoso circundando os ânodos, um cátodo circundante odiafragma poroso, meios para direcionar a vazão de fluidosem direção ao ânodo, e meios para evitar um fluxo reverso defluidos fora da célula. De preferência, o diafragma poroso épermeável o suficiente para permitir um fluxo laminar,porém, estreito o suficiente para evitar um escoamentoturbulento. Em algumas modalidades, o sistema inclui,também, um separador não-condutivo espaçado entre o ânodo eo diafragma poroso e circundando os ânodos. O ânodo pode serconstituído a partir de carbono, titânio revestido complatina, titânio revestido com óxido de rutênio, ou outroselementos corrosíveis. Em algumas modalidades, o meio paradirecionar a vazão de fluidos em direção ao ânodo consisteem um diafragma poroso dotado de um fundo não-permeável e umtopo aberto. Em algumas modalidades, o meio para evitar ofluxo reverso de fluidos consiste em uma válvula deretenção, uma válvula esférica ou uma válvula de passagem.

Em outra modalidade da invenção, descreve-se umprocesso de cloragem de água compreendendo as etapas de: (a)escorrer o fluxo de água em uma direção ascendente em umacélula eletrolitica que compreende um compartimento anódico e um compartimento catódico separados por um diafragmaporoso; (b) concentrar os ions de cloro na água nocompartimento anódico através de eletrodiálise, (c) acumularácido hidroclórico no compartimento anódico. Em algumasmodalidades, o processo compreende, também, espalharintermitentemente o ácido hidroclórico a partir docompartimento anódico até o compartimento catódico atravésdo diafragma poroso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra uma modalidade de um aparelho eprocesso de purificação de água de acordo com a presenteinvenção.

A Figura 2 mostra uma modalidade alternativa doaparelho e processo para a purificação de água de acordo coma presente invenção.

A Figura 3 mostra uma seção transversal horizontalde uma modalidade de uma célula eletrolitica.

A Figura 4 mostra uma transversal horizontalvertical da modalidade da Figura 3.

A Figura 5 mostra uma seção transversal horizontalde uma modalidade alternativa de uma célula eletrolitica.

A Figura 6 mostra uma seção transversal verticalda modalidade da Figura 5.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Trata-se por eletrólise a água contaminada de modoa produzir compostos altamente positivos utilizando-seeletrodos corrosíveis de modo a formar junto aos ácidosorgânicos com alto peso molecular, sabões hidrofóbicosinsolúveis altamente positivos que capturam os compostosorgânicos e encapsulam alguns micróbios. As fontes de águacontaminada incluem, mas não se limitam a, água provenientede usinas de processamento de carne, fábricas de laticínios,usinas de processamento de queijo, padarias, fábricasquímicas, indústrias de papel e usinas de petróleo eefluentes incluindo esgoto bruto.

A Figura 1 mostra uma modalidade preferencial deum aparelho de purificação de água. Conecta-se um conduto deentrada 1 ao fundo de uma célula eletrolítica 2. No topo dacélula eletrolítica 2 encontra-se uma seção superior 4dotada de uma passagem de saída 5. De preferência, a seçãosuperior 4 inclui uma seção cônica 3 conectada ao topo dacélula eletrolítica 2 e um conduto de saída 18. A passagemde saída 5 fica situada acima da seção cônica 3. Entre apassagem de saída 5 e a seção cônica 3, o conduto de saída18 deixa a seção superior. O conduto de saída 18 inclui umalinha 21 e é alimentado à entrada de uma bomba de re-circulaçâo 13. Pode-se introduzir ar e sabão adicionalatravés da linha 21 no sistema. De preferência,a seçãosuperior 4 fica fechada à atmosfera.

Os eletrodos 6 são montados na célula 2 dequalquer maneira adequada (não mostrada no desenho) econectados em série a uma fonte de corrente direta que temsua polaridade continuamente alterada. A alteração napolaridade da corrente garante uma corrosão por igual doseletrodos de extremidade que são conectados em série à fontede corrente, porém, garante a ação de limpeza do leito defluidos. A freqüência de alteração na polaridade é, depreferência, executada em períodos iguais de tempo. Emalgumas modalidades, continuamente, conforme aqui definido,se refere à alteração de polaridade entre cerca de 1alteração por 1 segundo a cerca de 1 alteração por 10minutos e depende da quantidade de contaminantes na água eda tendência dos contaminantes em se acumularem sobre os eletrodos.

Em algumas modalidades, os eletrodos 6 são, depreferência, corrosíveis e constituídos a partir de, mas semlimitar-se a, metais divalentes ou trivalentes, como,alumínio, ferro, magnésio ou suas combinações ou ligas. Oseletrodos são conectados em série a uma fonte de correntedireta cuja polaridade é alterada durante períodos de tempoiguais, de preferência, curtos. Os eletrodos 6 sãocircundados por um leito de remoção de partículas duras não-condutivas sólidas cuja densidade específica é maior que adensidade específica da água contaminada.

Em algumas modalidades da invenção, situado notopo da seção cônica 3, acima do ponto em que as partículassólidas se depositaram, encontra-se um pulverizador de ar 7.O pulverizador de ar 7 fornece bolhas adicionais além dasformadas durante a eletrólise à seção superior 4. Opulverizador de ar 7 pode ser conectado a um suprimento dear comprimido 8. O ar comprimido produz bolhas de modo aflutuar os flocos produzidos pela liberação de sabõesmetálicos durante a eletrólise da água a ser purificada. Emalgumas modalidades, a bolhas de ar são introduzidas depoisda célula eletrolitica.

Muito embora uma seção cônica 3 seja mostrada,qualquer seção transversal pode ser usada e, de preferência,utiliza-se uma seção transversal que diminua a velocidade demovimento ascendente da água até um valor em que aspartículas sólidas se depositem na célula eletrolitica. Avelocidade de queda livre das partículas sólidas na águadeve ser maior que a velocidade de movimento ascendente daágua. 0 fluxo através da bacia de floculação deve, depreferência, ser mantido de modo a permitir que quaisquerpartículas sólidas, que são transportadas afastadas doleito, retornem à câmara de eletrólise.

A passagem de saída 5 é conectada à bacia 9. Abacia 9 inclui, também, um espaço de escoamento 15 que podeter um fundo inclinado 10. Encontra-se um conduto de re-circulação 11 próximo à borda superior da bacia e, depreferência, oposto em relação à passagem de saída 5. Abacia 9 é, de preferência, fechada à atmosfera. Uma saída deágua purificada 12 encontra-se no fundo da bacia 9, também,de preferência, oposta em relação à passagem de saída 5. Umasaída de espuma 16 fica situada oposta à passagem de saída5, de preferência, a alguma distância com a finalidade depermitir uma separação aceitável do floco e da águapurificada. O conduto de re-circulação 11, junto ao condutode saída 18, é alimentado à bomba de re-circulação 13 cujasaída 14 pode ser conectada ao conduto de entrada 1 abaixoda célula eletrolítica 2. A bacia 9 inclui, também, umasaida de espuma 16 que fica situada acima do espaço deescoamento 15. A localização do conduto de re-circulação 11encontra-se, de preferência, próxima ou abaixo da camada debolhas de modo a capturar qualquer floco depositado ereciclá-lo à célula eletrolítica. Isto garante que, depreferência, todos os flocos saiam através da saída deespuma 16.

Tanto a seção superior 4 como a bacia 9 encontram-se, de preferência, fechados à atmosfera. Na prática,descobriu-se que a exposição à atmosfera seca e estoura asbolhas, e os flocos tendem a se depositarem, tornandodifícil se obter uma água pura livre de flocos. 0 ambientefechado protege as bolhas que transportam os flocos contra asecagem e estouro. As bolhas também têm sua água em excessodrenada e distribuída através da saída de espuma 16 àatmosfera. De preferência, a bacia 9 tem capacidadesuficiente para manter a água que está sendo tratada poraproximadamente 15 minutos de modo a obter uma máximaseparação de água e flocos. Nas modalidades alternativas, abacia 30 é dimensionada de modo a manter a água que estásendo tratada durante cerca de 10 minutos, 20 minutos ouqualquer tempo necessário para permitir a separação dosflocos e da água, e permite que os flocos subam até o topo.

Durante a operação, a água contaminada fluiatravés do conduto de entrada 1 e para cima na célulaeletrolítica 2. Os ácidos orgânicos com alto peso molecularse combinam com os íons metálicos liberados dos eletrodos ,formando sabões hidrofóbicos insolúveis altamente positivosque capturam os compostos orgânicos e encapsulam osmicróbios. Esses compostos altamente positivos neutralizamos colóides negativamente carregados, permitindo que oscolóides coalesçam, tornando possível a filtração ouseparação. O floco é formado através do acúmulo de óxidoshidratados coloidais dos íons metálicos separados. O flocoaglutina, ou absorve, outras impurezas na água contaminada eserve como um meio de transporte para remover as impurezasda água.

As partículas sólidas não-condutivas são movidasem diversas velocidades e direções, por meio dos fluxos deágua e gás produzidos na célula eletrolítica, contra e juntoàs superfícies dos eletrodos para garantir uma limpeza doseletrodos. Um efeito adicional de limpeza de eletrodosresulta do movimento de retorno das partículas sólidas queforam transportadas junto à água e se moveram acima doseletrodos à medida que se depositaram para baixo.

A água contaminada é direcionada através do leitode remoção de partículas na célula eletrolítica pela pressãode entrada de água. Em algumas modalidades, a pressão éproporcionada pela bomba de re-circulação 13. Em outrasmodalidades, o ar é soprado dentro do leito de modo aintensificar seu movimento. Em modalidades alternativas,proporciona-se ar adicional fornecendo-se ar no lado desucção da bomba de re-circulação através da linha 21. Em umamodalidade preferencial, a água contaminada é, em geral,direcionada através do leito de remoção em uma direçãoascendente substancialmente vertical.

A água, que contém flocos e bolhas, é conduzidaatravés da passagem 5 até a bacia 9 e o espaço de escoamento15. A água purificada sai através da saida de águapurificada 12 que, de preferência, está em um nivel abaixodo nivel da camada de espuma durante a operação. 0 condutode re-circulação 11 e o conduto 18 conduzem a água de re-circulação junto aos flocos através da bomba 13 e o conduto14 ao conduto de admissão 1. 0 conduto 18 re-circula acamada superior de água na seção cônica da célulaeletrolitica através dos eletrodos.

Algumas modalidades incluem uma válvula 19 e umaválvula 20 que podem ser usadas para controlar a razão dere-circulação. Fornece-se uma solução saponácea e aradicional ao conduto de saida de água 11 através da linha21. Podem-se introduzir sabões adicionais na água em algumasmodalidades, particularmente onde a quantidade de ácidos ouésteres orgânicos com alto peso molecular são insuficientesna água contaminada a ser tratada de modo a formar os sabõesmetálicos altamente positivos por eletrólise necessáriospara coagulação. Devido à pressão fornecida pela bomba 13, oar e o sabão adicionados através da linha 21 irão, em geral,ser comprimidos e dissolvidos na água e formarão micro-bolhas bastante pequenas na célula eletrolitica.

A saida de espuma 16 distribui a espuma escoada 17à atmosfera. A espuma escoada contém substancialmente todasas impurezas da água contaminada alimentada. Esses flocoshidrofóbicos são fáceis de secar e manipular. Em algumasmodalidades, os flocos podem ser usados como fertilizantesapós serem esterilizados. Em modalidades alternativas, osflocos são secos e podem ser usados como combustível.

A Figura 2 mostra uma modalidade alternativa de umsistema de purificação de água. Um conduto de entrada 22 éconectado ao fundo de uma célula eletrolítica 23. No topo dacélula eletrolítica 23 encontra-se uma seção superior 24dotada de uma passagem de saída 26. A seção superior 24inclui, de preferência, uma seção cônica conectada ao topoda célula eletrolítica 23 e um conduto de re-circulação 32.

A passagem de saída 26 fica situada acima da seção cônica.Entre a passagem de saída 26 e a seção cônica, o conduto dere-circulação 32 sai da seção superior 24. O conduto de re-circulação 32 inclui uma linha 33 e é alimentado à entradade uma bomba de re-circulação 39. Pode-se introduzir ar esabão adicional através do conduto de re-circulação 32 nosistema. De preferência, a seção superior 24 fica fechada àatmosfera.

Os eletrodos 27 são montados na célula 23 dequalquer maneira adequada (não mostrada no desenho) econectados em série a uma fonte de corrente direta que temsua polaridade continuamente alterada. A alteração napolaridade da corrente garante uma corrosão por igual doseletrodos de extremidade que são conectados em série à fontede corrente, porém, garante a ação de limpeza do leito defluidos. A freqüência de alteração na polaridade é, depreferência, executada em períodos iguais de tempo. Emalgumas modalidades, continuamente, conforme aqui definido,se refere à alteração de polaridade entre cerca de 1alteração por 1 segundo a cerca de 1 alteração por 10minutos e depende da quantidade de contaminantes na água eda tendência dos contaminantes em se acumularem sobre oseletrodos.

Em algumas modalidades, os eletrodos 27 são, depreferência, corrosiveis e constituídos a partir de, mas semlimitar-se a, metais divalentes ou trivalentes, como,alumínio, ferro, magnésio ou suas combinações ou ligas. Oseletrodos são conectados em série a uma fonte de correntedireta cuja polaridade é alterada durante períodos de tempoiguais, de preferência, curtos. Os eletrodos 27 sãocircundados por um leito de remoção de partículas duras não-condutivas sólidas cuja densidade específica é maior que adensidade específica da água contaminada.

Em algumas modalidades da invenção, situado notopo da parte cônica da seção superior 24, acima do ponto emque as partículas sólidas se depositaram, encontra-se umpulverizador de ar 28. 0 pulverizador de ar 28 fornecebolhas adicionais além das formadas durante a eletrólise àseção superior 24. 0 pulverizador de ar 28 pode serconectado a um suprimento de ar comprimido 29. 0 arcomprimido produz bolhas de modo a flutuar os flocosproduzidos pela liberação de sabões metálicos durante aeletrólise da água a ser purificada. Em algumas modalidades,a bolhas de ar são introduzidas depois da célulaeletrolítica .Muito embora uma seção cônica seja mostrada,qualquer seção transversal pode ser usada e, de preferência,utiliza-se uma seção transversal que diminua a velocidade demovimento ascendente da água até um valor em que aspartículas sólidas se depositem na célula eletrolitica. Avelocidade de queda livre das partículas sólidas na águadeve ser maior que a velocidade de movimento ascendente daágua. O fluxo através da bacia de floculação deve, depreferência, ser mantido de modo a permitir que quaisquerpartículas sólidas, que são transportadas afastadas doleito, retornem à câmara de eletrólise.

A passagem de saída 26 é conectada à bacia 30. Abacia 30 inclui, também, um espaço de escoamento 37 que podeter um fundo inclinado. Encontra-se um filtro 34 oposto àpassagem de saída 26. Em uma modalidade preferencial, ofiltro 34 consiste em um filtro a vácuo giratório. Emmodalidades alternativas, o filtro pode ser um filtro deprensa, um filtro a vácuo com correia transportadora, umfiltro de areia ou um filtro centrífugo, ou qualquer filtroconhecido pelos elementos versados na técnica. Depreferência, a bacia 30 tem capacidade suficiente paramanter a água que está sendo tratada durante aproximadamente15 minutos de modo a permitir que os flocos cresçam antes dafiltração. Em modalidades alternativas, a bacia 30 édimensionada de modo a manter a água que está sendo tratadadurante cerca de 10 minutos, 20 minutos ou qualquer temponecessário para permitir que os flocos cresçam antes dafiltração.Tanto a seção superior 24 como a bacia 30encontram-se, de preferência, fechados à atmosfera. Naprática, descobriu-se que a exposição à atmosfera seca eestoura as bolhas, e os flocos tendem a se depositarem,tornando difícil se obter uma água pura livre de flocos. Oambiente fechado protege as bolhas que transportam os flocoscontra a secagem e estouro. As bolhas são distribuídas aofiltro 34.

Durante a operação, a água contaminada flui paracima através do conduto de entrada 22 no interior da célulaeletrolítica 23 e através da seção superior 24. A passagem26 distribui água e espuma à bacia 30. Após ser filtradaatravés do filtro 34, a água filtrada é distribuída atravésda saída de tubulação central 35 através de uma bomba avácuo (não mostrada) à pressão atmosférica. Os sólidosfiltrados 36 são raspados do filtro giratório 34 pelaraspadeira 38. Em algumas modalidades, a água filtrada épassada através de um equipamento de cloragem. Em algumasmodalidades, os sólidos filtrados podem ser esterilizados eusados como fertilizantes, ou secos e usados comocombustível.

Após a água contaminada ter sido tratada pararemover os colóides, os compostos de nitrogênio solúveispodem ser reagidos com cloro. Em uma modalidade da invenção,íons de cloro são introduzidos em um compartimento catódicoe transferidos a um compartimento anódico por eletro-diálise.Ά Figura 3 mostra uma seção transversal horizontalde uma disposição de uma célula eletrolitica da invenção. ΔFigura 4 mostra uma seção transversal vertical da disposiçãoda célula da Figura 3.

Os eletrodos (ânodos) 1 são circundados por umseparador não-condutivo 2 que é adicionalmente circundadopor um diafragma poroso 3 que por sua vez é adicionalmentecircundado por um cátodo metálico 4. Em uma modalidadepreferencial, os eletrodos consistem em carbono sólido. Emmodalidades alternativas, os eletrodos podem consistir emplatina, titânio revestido com platina ou com óxido derutênio. 0 separador não-condutivo circunda os eletrodos 1,porém, fornece espaço livre suficiente 6 no interior docompartimento anódico para acumular pelo menos a quantidadenecessária de ácido hidroclórico para reagir com osdepósitos calcários sobre o cátodo. 0 separador não-condutivo 2 é, de preferência, uma grade de plástico. Emmodalidades alternativas, o separador não-condutivo 2 évidro. 0 separador não-condutivo 2 é, de preferência,delgado. Em algumas modalidades, o separador não-condutivotem cerca de 0,5 milímetro de espessura. 0 diafragma porosopode ser constituído a partir de, mas sem limitar-se a,porcelana porosa, PVC poroso, feltro de polipropileno,tecido de filtro encorpado e outros. 0 diafragma poroso 3 inclui, de preferência, um fundo não-permeável e um topopermeável. 0 separador não-condutivo 2 garante, depreferência, o fluxo livre de gases entre o diafragma poroso3 e os eletrodos 1. 0 diafragma poroso 3 consiste, depreferência, em uma membrana porosa que permite um fluxolaminar livre de soluções entre os compartimentos anódicos ecatódicos, porém, encorpado ou apertado o suficiente paraevitar um escoamento turbulento. Em algumas modalidades, ocátodo é feito de aço inoxidável.

Um tubo circundante externo 7 cerca o cátodo econduz a água 8 a ser clorada em um fluxo ascendentesubstancialmente vertical. Uma válvula 9 pode serproporcionada na linha de entrada de modo a evitar o fluxoreverso de fluidos. Muito embora uma'válvula seja mostrada,pode-se utilizar qualquer válvula ou outro mecanismo queevite o fluxo reverso de água. Em algumas modalidades,utiliza-se uma válvula de retenção.

Durante o processo de cloração, pode-seinterromper simultaneamente a eletricidade e a água de modoa permitir que o ácido hidroclórico acumulado no espaçolivre 6 e espalhado através do diafragma 3 reaja e dissolvaquaisquer depósitos calcários no cátodo 4.

A Figura 5 mostra outra modalidade da invençãodotada de um ânodo 11 circundado pelo diafragma poroso 13que é adicionalmente circundado por um cátodo metálico 14.Em uma modalidade preferencial, o ânodo 11 é constituído apartir de titânio expandido revestido com platina ourevestido com óxido de rutênio ou outros elementos não-corrosíveis. Em modalidades alternativas, o ânodo 11 podeser constituído a partir de grafite ou outra liga à prova deferrugem. 0 diafragma poroso 13 pode ser constituído apartir de, mas sem limitar-se a, porcelana porosa, PVCporoso, feltro de polipropileno, tecido de filtro encorpadoe outros. 0 diafragma poroso 13 inclui, de preferência, umfundo não-permeável e um topo aberto. 0 diafragma permeável13 consiste, de preferência, em uma membrana porosa quepermite um fluxo laminar livre de soluções entre oscompartimentos anódicos e catódicos, porém, encorpado ouapertado o suficiente para evitar um escoamento turbulento.

A distância entre o ânodo 11 e o diâmetro da hastecentral interna 15 fornece espaço livre suficiente 16 nointerior do compartimento anódico de modo a acumular aomenos uma quantidade necessária de ácido hidroclórico parareagir com os depósitos calcários sobre o cátodo.

0 tubo circundante externo 17 cerca o cátodo econduz a água 18 a ser clorada, em um fluxo ascendentesubstancialmente vertical. Proporciona-se uma válvula 19 nalinha de entrada de modo a evitar o fluxo reverso defluidos. Muito embora uma válvula seja mostrada, pode-seutilizar qualquer válvula ou outro mecanismo que evite ofluxo reverso de água.

Durante o processo de cloração, pode-seinterromper simultaneamente a eletricidade e a água de modoa permitir que o ácido hidroclórico acumulado no espaçolivre 16 e espalhado através do diafragma 13 reaja edissolva quaisquer depósitos calcários no cátodo 14.

Não mostradas nas Figuras 3, 4 e 5 encontram-se asconexões elétricas ao ânodo ou ao cátodo que sãorespectivamente conectadas ao pólo positivo e ao pólonegativo de um suprimento de corrente direta.Um exemplo da disposição da célula, conformemostrado na Figura 3, tem eletrodos de carbono medindo 2,54centímetros (1 polegada) de diâmetro por 25,4 centímetros(10 polegadas) de comprimento, operando com água contendo 40partes por milhão de cloretos, começará a produzir cloro emmenos de um minuto. Este é o tempo necessário para que aconcentração alcance o nível onde o cloro é produzido.

Existem muitas outras configurações possíveis, porexemplo, podem-se utilizar eletrodos metálicos expandidosplanos junto ao espaço livre necessário para que o ácidohidroclórico seja formado atrás do ânodo.

A Figura 6 mostra outra modalidade da invençãoonde um ânodo 19 é curvado e circundado junto a um diafragma20 de modo a proporcionar o espaço livre 22. Também émostrado um cátodo curvado 21 circundando o ânodo 19. Umaparede impermeável 25 mantém o diafragma 20 em posiçãoevitando a propagação através da porção plana do diafragma20 voltado para o ânodo 19. A tubulação circundante externa23 conduz água 24 em um fluxo ascendente substancialmentevertical. O ânodo 19, o cátodo 21 e o diafragma 20 sãoconforme descritos nas Figuras 3 ou 5.

As modalidades do equipamento de cloragem dainvenção podem ser usadas em uma ampla variedade deaplicações, incluindo, por exemplo, em combinação com ossistemas mostrados nas Figuras 1 e 2. No entanto, asmodalidades do equipamento de cloragem podem ser usadasseparadas dos sistemas mostrados nas Figuras 1 e 2,incluindo, por exemplo, em piscinas ou para purificarqualquer fluxo aquoso contendo contaminantes solúveis, comouréia e/ou micróbios.

A presente invenção e a(s) modalidade(s) descritasno presente documento são bem adaptadas para realizar osobjetivos e obter as finalidades apresentadas. Certasalterações podem ser feitas ao assunto sem que se divirja doespirito e escopo desta invenção. Entende-se que alteraçõessão possíveis no escopo desta invenção e pretende-se, ainda,que cada elemento ou etapa seja compreendido com referênciaa todos os elementos ou etapas equivalentes. Pretende-se quea descrição abranja a invenção o mais ampla e legalmentepossível sob quaisquer formas em que ela possa serutilizada.

Claims (22)

1. Aparelho para a purificação de dejetoscontaminados, caracterizado pelo fato de compreender;(a) uma célula eletrolitica,(b) uma porta de entrada abaixo da célulaeletrolitica,(c) uma seção superior acima da célulaeletrolitica incluindo um pulverizador de ar e uma saida,(d) um espaço de drenagem fechado adjacente àseção superior que compreende meios para separação de água eimpurezas, e(e) uma bomba de re-circulação que conecta asaida à porta de entrada da célula eletrolitica,sendo que a célula eletrolitica compreendeeletrodos conectados em série.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os meios para separar águadas impurezas compreendem uma bacia com fundo inclinado emdeclive afastada da seção superior que compreende, ainda,(i) uma saida de água purificada na extremidadeinferior da parte inferior inclinada oposta à seçãosuperior;(ii) uma saida de re-circulação situada acima dasaida de água purificada; e(iii)uma porta de saida situada acima da saida dere-circulação,sendo que a saida de re-circulação é conectada àbomba de re-circulação.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os meios para separar águadas impurezas compreendem uma bacia com fundo inclinado emdeclive afastada da seção superior que compreende, ainda, umfiltro.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o filtro compreende um filtroa vácuo giratório, um filtro de prensa, um filtro a vácuocom correia transportadora, um filtro de areia ou um filtrocentrifugo.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a seção superior é cônica naseção transversal.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os eletrodos compreendemferro, magnésio, alumínio e suas ligas.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a polaridade dos eletrodos écontinuamente cíclica.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a freqüência de ciclo dapolaridade dos eletrodos está entre 1 alteração por 1segundo e cerca de 1 alteração por 10 minutos.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, umequipamento de cloragem.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o equipamento de cloragemcompreende,(a) uma célula eletrolitica que compreende,(i) um ou mais ânodos;(ii) um diafragma poroso que circunda os ânodos;(iii) um cátodo que circunda o diafragma poroso; e(iv) meios para direcionar a vazão de fluidos emdireção ao ânodo,sendo que o diafragma poroso é permeável osuficiente para permitir um fluxo laminar, porém, estreito osuficiente para evitar um escoamento turbulento.

11. Processo de purificação de água,caracterizado pelo fato de que compreende:(a) passar a água contaminada em uma direçãoverticalmente ascendente através de uma célula eletroliticadotada de uma pluralidade de eletrodos circundada por umleito de remoção de partículas sólidas não-condutivas demodo a formar um floco hidrofóbico que compreende águapurificada, água, impurezas e espuma;(b) direcionar os flocos para uma câmaradiretamente conectada a uma extremidade superior da câmarade eletrólise;(c) separar as impurezas, espuma e água da águapurificada;(d) re-circular uma porção da água a partir dacâmara fechada até a célula eletrolitica;(e) remover as impurezas e a espuma da câmarafechada; e(f) remover a água purificada da câmara fechada;sendo que o ar é borrifado acima da célula eletrolitica,sendo que os eletrodos são conectados em série e apolaridade dos eletrodos é continuamente alterada.

12. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que avelocidade de ascensão da água é parcialmente realizada pelare-circulação da água através da célula.

13. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que aspartículas não-condutivas têm uma densidade específica maiorque a densidade específica da água contaminada.

14. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que avelocidade de queda livre das partículas é maior que avelocidade de ascensão da água.

15. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que aágua purificada é adicionalmente clorada.

16. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que apolaridade dos eletrodos é alternada aplicando-se umavoltagem de corrente direta.

17. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que aágua contaminada é direcionada através do leito de remoçãopor pressão.

18. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que aspartículas sólidas não-condutivas são partículas de granito.

19. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que afreqüência em alteração de polaridade varia de cerca de 1alteração por segundo a cerca de 1 alteração por 10 minutos.

20. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que aalteração de polaridade tem a mesma duração.

21. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que asolução saponácea adicional é adicionada à água a serpurificada.

22. Processo de purificação de água, de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que asmicro-bolhas são produzidas utilizando-se a alteração depressão devido a uma bomba de re-circulação.