BRPI0713084A2 - método e sistema integral para tratamento de águas para as torres de resfriamento e processos que requerem a eliminação da sìlica da água - Google Patents
método e sistema integral para tratamento de águas para as torres de resfriamento e processos que requerem a eliminação da sìlica da água Download PDFInfo
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Abstract
MéTODO E SISTEMA INTEGRAL PARA TRATAMENTO DE áGUAS PARA AS TORRES DE RESFRIAMENTO E PROCESSOS QUE REQUEREM A ELIMINAçãO DA SìLICA DA áGUA. A presente invenção se refere a um sistema de tratamento de água para as torres de resfriamento e outros processos, tais como o rechaço de osmose inversa, regenerações de sistemas de desmineralização na unidade aniónica, águas azuladas das aeronaves e águas residuais, no qual é exigida a redução e/ou a eliminação de contaminantes, tais como a silica, a dureza total do cálcio e do magnésio, os sólidos suspensos, a matéria orgânica e os microorganismos, os metais pesados, os detergentes, o arsênico, sendo obtida uma qualidade da água que permite que a mesma seja reutilizada novamente em diferentes processos industriais, gerando economias de água e produtos químicos. O sistema é caracterizado pela passagem da água a ser tratada através de uma célula eletroquímica com placas de alumínio, ferro ou algum outro metal, que, com a aplicação de um corrente elétrica em uma amperagem que permite uma ótima densidade de corrente para ceder o alumínio que é exigido para formar o hidróxido de alumínio, ferro ou algum outro metal que, com a reação com os contaminantes presentes na água a ser tratada, forma um lodo que é posteriormente separado da água permitindo a reutilização da mesma por este sistema que, com a integração dos processos de filtração e ozonização, é conseguirá uma melhor qualidade de água, para que a mesma possa ser reutilizada em torres de resfriamento, processos industriais, serviços gerais, irrigação de áreas verdes ou em qualquer outro uso. A inovação tecnológica na presente invenção é a de eliminar 100% da silica presente em águas industriais, permitindo que esta água seja reutilizada em diferentes processos devido à qualidade que é conseguida, além de reduzir a concentração dos sais de dureza de cálcio e magnésio, evitando a formação de incrustações e, em sistemas de torres de resfriamento, permitindo aumentar os ciclos de concentração, gerando assim ecónomias de água e produtos químicos, e de reduzir a proliferação microbiológica, o que permitirá à indústria em geral substituir os programas de tratamento de águas industriais convencionais por esta nova alternativa tecnológica. As vantagens e beneficios da presente invenção são os de permitir reutilizar e reciclar 100% da água que é tirada das torres de resfriamento, rechaços de osmose inversa, regenerações das unidades aniónicas de sistemas de desmineralização e águas residuais das indústrias, gerando ecónomias com a reutilização da água que é efetivamente tirada, reduzindo a quantidade dos produtos químicos que são necessários e indispensáveis nas torres de resfriamento e em águas residuais, reduzindo o impacto ambiental que é causado quando se deseja água com um teor de contaminantes e produtos químicos que impossibilita sua reutilização, além de permitir eliminar contaminantes presentes na água provenientes de poços que contêm contaminantes, tais como arsênico, cianureto, ferro, manganês e microorganismos, para o uso da água potável.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E SISTEMA INTEGRAL PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA AS TOR- RES DE RESFRIAMENTO E PROCESSOS QUE REQUEREM A ELIMINA- ÇÃO DA SÍLICA DA ÁGUA".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um sistema integral de trata- mento de águas para eliminar os contaminantes comumente presentes nas torres de resfriamento e em outros processos, tais como o rechaço de os- mose inversa, regenerações de sistemas de desmineralização na unidade aniônica, águas azuladas das aeronaves e águas residuais, os contaminan- tes principais que são eliminados com este sistema sendo os sais de sílica, dureza total, sólidos suspensos, colorantes, detergentes, arsênico e micro- organismos, permitindo aumentar os ciclos de concentração devido à elimi- nação das purgas, gerando economias de água e de produtos químicos, controlando e evitando os problemas de corrosão, de incrustação e de con- taminação microbiológica, e permitindo, dessa forma, a reutilização da água.
A presente invenção refere-se a um sistema integral de trata- mento da água para as torres de resfriamento que é instalado como sistema lateral à torre de resfriamento e como sistema de tratamento de águas resi- duais que consiste em um ejetor Venturi, de um concentrador de oxigênio, de um equipamento gerador de ozônio, de um sensor de pH, de um sensor de condutividade, de um sistema dosador, de uma célula eletroquímica com células de alumínio com divisórias para produzir a turbulência da água, um retificador de corrente, de um sistema separador de sólidos da água, de um sistema de injeção de gás-água (ejetor Venturi), de um concentrador de oxi- gênio, de um gerador de ozônio, e de um tanque de contato de água-ozônio.
As torres de resfriamento são sistemas que utilizam água para resfriar os equipamentos e sistemas em toda a indústria em geral, e, neste processo, com o incremento da temperatura da água, são alteradas suas características e são gerados problemas de corrosão, de incrustação, e de crescimento microbiológico, estes problemas sendo controlados e evitados com o acréscimo de produtos químicos, e para conseguir manter o equilíbrio dos sais em relação da concentração em função da solubilidade de cada sal na água, que são incrementados devido à evaporação que é produzida nas torres de esfriamento, para se conseguir manter a concentração dos sais, é necessário drenar a água constantemente, e com a eliminação da água com produtos químicos, com este novo sistema, com a eliminação dos contami- nando da água das torres de esfriamento, se consegue aumentar os ciclos de concentração, reduzindo a quantidade de água que é desperdiçada pela purgas nestes sistemas, gerando economias consideráveis de água e produ- tos químicos, o que tem um impacto positivo no meio ambiente, e o acrésci- mo de brometo de sódio à água de recirculação, tal como biocida, tendo a vantagem de a mesma ser oxidada com o ozônio, conseguindo ativar o bro- mo para fortalecer o controle microbiológico do sistema.
O documento MXPA00009962 (18.04.2002) descreve um proce- dimento de tratamento de águas para torres de resfriamento com alto teor de sílica, embora seja totalmente diferente do procedimento da presente inven- ção, visto que neste é exigida uma mistura de produtos químicos, tais como inibidores de corrosão, inibidores de incrustação e dispersantes à base de polímeros de baixo peso molecular, não sendo, portanto, comparado absolu- tamente com este sistema.
O documento US0005271862 (21.12.1993) descreve um proce- dimento que inibe os depósitos da sílica e silicatos em sistemas para torres de resfriamento, embora seja totalmente diferente do procedimento da pre- sente invenção, visto que neste é exigida a aplicação de produtos químicos (ácido hidroxifosfonoacético) e de um polímero, não sendo, portanto, compa- rado absolutamente com este sistema.
O documento CA2063294 (18.03.1992) descreve um procedi- mento que inibe os depósitos da sílica e silicatos nos sistemas para torres de resfriamento, embora seja totalmente diferente do procedimento da presente invenção, visto que neste é exigida a aplicação de produto químico (ácido hidroxifosfonoacético) e de um polímero, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento JP20000301195 (31.10.2000) descreve um proce- dimento de prevenção de incrustações de sílica para sistemas de torres de resfriamento, embora seja totalmente diferente do procedimento da presente invenção, visto que neste é exigida a passagem da água através de um sis- tema desenvolvido com rochas vulcânicas e outros sistemas, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento JP2002018437 (22.01.2002) descreve um método de tratamento para águas que contém dureza de cálcio e sílica para reutilizar a água das purgas das torres de resfriamento, embora seja totalmente dife- rente do método de tratamento da presente invenção, visto que neste méto- do de tratamento é exigida a utilização de produtos químicos para baixar o pH de 3-6 para submeter a água a uma descarbonatação e a posterior pas- sagem por um sistema desionizador por meio de uma membrana e osmose inversa, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento W02006033450 (30.03.2006) descreve um proce- dimento que previne a contaminação e inibe os depósitos da sílica em sis- temas para torres de resfriamento, embora seja totalmente diferente do pro- cedimento da presente invenção, já que neste é exigida a aplicação de pro- dutos químicos e de um copolímero (metano, ácido acrílico) e de um manô- mero do grupo sulfúrico e carboxílico, não sendo, portanto, comparado abso- Iutamente com este sistema.
O documento US5236673 (17.08.1993) descreve um procedi- mento que utiliza ozônio em sistemas para torres de resfriamentos, embora seja totalmente diferente do procedimento da presente invenção, visto que neste é utilizado ozônio sozinho, tal como um biocida, para eliminar micro- organismos e não tem nada que o relacione com a eliminação da sílica, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento US2006060816 (23.03.2006) descreve um método para controlar a incrustação da sílica em sistemas aquosos e em sistemas para torres de resfriamento, embora seja totalmente diferente do método da presente invenção, visto que neste é exigida a aplicação de produto quími- cos (polímero de poliéter hidrofobicamente modificado), não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema. O documento US6416672 (09.07.2002) descreve um método para remover a sílica dissolvida e coloidal e controlar as incrustações causa- das pelos depósitos da sílica nos sistemas para torres de resfriamento, em- bora seja totalmente diferente do método da presente invenção, visto que nesta invenção são exigidos diferentes sistemas de filtração. de separação por gravidade, de microfiltração, de filtração a vácuo e outras tecnologias de separação, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este siste- ma.
O documento JP2002263635 (17.09.2002) descreve um método para tratar águas residuais que contêm sólidos suspensos e sílica, embora seja totalmente diferente do método da presente invenção, visto que neste é exigida a utilização de produtos químicos para elevar o pH de 8-10 para cal- deiras. não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento JP2001170656 (26.06.2001) descreve um proces- so para tratar águas residuais que contêm sólidos e sílica, para a indústria microeletrônica, embora seja totalmente diferente do processo da presente invenção, visto que neste é exigida a utilização de produtos químicos com cal e floculantes e um sistema de ultrafiltração, não sendo, portanto, compa- rado absolutamente com este sistema.
Os documentos US6461518 (08.10.2002) e W00051945 (08.09.2002) descrevem métodos para inibir a formação e a deposição de incrustações da sílica na água, embora sejam totalmente diferentes do método da presente invenção, já que nestes é exigida a utilização de produtos químicos, tais co- mo poliaminas, éter aminas, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este sistema.
O documento JP2001096282 (10.04.2001) descreve um método pra remover a sílica da água em processos geotérmicos, embora seja total- mente diferente do método da presente invenção, visto que neste é exigida a utilização de produtos químicos, tal como o nitrato de alumínio, não sendo, portanto, comparado absolutamente com este procedimento.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere à técnica de remoção de espécies que são encontradas na água, tais como contaminantes solúveis e insolú- veis, que podem ocasionar problemas na utilização da água industrial, prin- cipalmente nas torres de resfriamento, já que neste processo são gerados problemas de corrosão, de incrustação e de crescimento microbiológico.
Com a eliminação destes contaminantes da água das torres de resfriamento é conseguido o aumento dos ciclos de concentração, reduzindo a quantidade de água que é desperdiçada pelas purgas nesses sistemas, permitindo reciclar a água que é reposta com uma melhor qualidade, já que é conseguida a redução dos contaminantes que ocasionam os problemas nesses sistemas, e gerando economias de água e de produtos químicos, tendo um impacto positivo no meio ambiente.
A presente invenção se refere a um método e a um sistema in- tegral de tratamento da água para as torres de resfriamento e outros proces- sos, tais como o rechaço de osmose inversa, regenerações de sistemas de desmineralização na unidade aniônica, águas azuladas das aeronaves e águas residuais, os contaminantes principais que são eliminados com este sistema são os sais de sílica, dureza total do cálcio e do magnésio, sólidos suspensos, matéria orgânica, micro-organismos, metais pesados, coloran- tes, detergentes e arsênico, sendo obtida uma qualidade da água que permi- te que a mesma seja novamente reutilizada em diferentes processos indus- triais, semi-industriais ou domésticos, gerando assim economias de água e de produtos químicos, e consistindo em:
a) Um sistema Venturi que é basicamente um ejetor que favo- rece a mistura de água-gás (ozônio), e que permite uma mistura da água otimizada a ser tratada com o gás ozônio.
b) Um sistema concentrador de oxigênio que separa o nitro- gênio do oxigênio que está presente no ar atmosférico, por meio de um pro- cesso físico de filtração a uma pressão determinada, no qual é conseguida a concentração do oxigênio que é exigido como matéria-prima para gerar ozô- nio.
c) Um equipamento gerador de ozônio que, com a passagem do oxigênio concentrado no equipamento anterior, passa através de um rea- tor de alta tensão, sendo gerado o ozônio que é exigido para se conseguir a oxidação dos contaminantes presentes na água a ser tratada, a aplicação do gás ozônio tendo vários objetivos, o primeiro sendo a oxidação dos contami- nantes formando uma alteração na estrutura morfológica dos cristais dos sais de sílica. favorecendo a formação de Iodos e finalmente otimizando a eliminação da sílica da água da torre de resfriamento, assim como uma rea- ção devido à oxidação dos contaminantes que favorece a formação de sóli- dos que permitem a separação da água, sendo obtido um aperfeiçoamento do processo, e o segundo objetivo sendo a aplicação de ozônio na água da torre de resfriamento depois da célula eletroquímica que aumenta a eficiên- cia do programa de tratamento químico da água reduzindo e controlando a velocidade de corrosão, a formação de incrusiações de sais de dureza e síli- ca, mantendo controlada a proliferação microbiológica e reduzindo a adição de produtos químicos dos programas de tratamento da água de torres de resfriamento.
d) Um sistema controlador de pH que contém um sensor que mede o pH e que envia um sinal a um computador pessoal que por sua vez envia um sinal a um sistema que acondiciona o pH para mantê-lo dentro de um valor de 6,5 a 9,0, por meio da adição de ácido sulfúrico, clorídico, nítrico ou qualquer ácido orgânico para baixar o pH. ou por meio da adição de um alcalino, tal como hidróxido de sódio, carbonato de sódio ou qualquer produ- to químico que eleve o pH da água.
e) Um sistema controlador de condutividade que contém um sensor que mede a condutividade da água e que envia um sinal a um com- putador pessoal que por sua vez envia um sinal a um sistema que acondi- ciona o valor da condutividade da água para mantê-la dentro de um valor de .100 a 20.000 micro-ohms, por meio da adição de cloreto de sódio ou de qualquer produto químico que eleve a condutividade da água.
f) Uma célula eletroquímica com células de alumínio (ferro ou zinco), na qual é formado o hidróxido de alumínio (ou blocos de alumínio compactado e prensado), que pode também ser de ferro ou de zinco, que reage com os contaminantes presentes na água formando um lodo (eletro- floculação) que é facilmente separado da água com a aplicação da corrente elétrica (em uma determinada amperagem que é relacionada a uma densi- dade de corrente de 0,001 a 3 ampères por centímetro quadrado das placas de alumínio), sendo obtida uma determinada tensão que depende da condu- tividade elétrica da água (eletrólito), esta condutividade elétrica se dá em função da concentração dos sólidos dissolvidos presentes na água a ser tra- tada, esta condutividade podendo ser aumentada mediante a aplicação de cloreto de sódio para diminuir a tensão, reduzindo a potência necessária e diminuindo consideravelmente o consumo da energia elétrica exigida otimi- zando o processo.
g) Um sistema separador de sólidos ou um sistema de filtra- ção que pode se dar por diferentes processos, seja por um sistema de filtra- ção de cascalho, areia, antracito, carvão ativado, filtração a vácuo, separa- ção de sólidos em líquidos por centrifugação, filtros rotativos a vácuo, ou qualquer outro processo de separação de sólido - líquido, que permita uma separação dos sólidos formados no reator eletroquímico da água.
Com isso, é obtida uma qualidade da água que permite que a mesma seja reutilizada como reposição para as torres de resfriamento com uma concentração de 0 a 40 partes por milhão de sílica e, com a diminuição da concentração dos sais de dureza total, sólidos suspensos e micro- organismos, permite aumentar os ciclos de concentração, eliminado as per- das de água por purgas com o objetivo de reutilizar a água nas torres de res- friamento, controlando ao mesmo tempo a velocidade de corrosão, a forma- ção de incrustações de sais de dureza e sílica, evitando e mantendo contro- Iada a proliferação microbiológica, e reduzindo a adição de produtos quími- cos.
No sistema, a água pode ser filtrada para reduzir o teor de sóli- dos suspensos e da sílica insolúvel, podendo, contudo, passar também dire- tamente para a célula eletrolítica sem filtração prévia e diretamente sem o- zonização para o reator eletroquímico, já que pode ser ozonizada antes de passar pela célula eletrolítica para oxidar contaminantes e melhorar a sepa- ração de sólidos e sílica, a aplicação de ozônio à água da torre de resfria- mento depois da célula eletroquímica aumenta a eficiência do programa de tratamento químico da água, reduzindo e controlando a velocidade de corro- são, a formação de incrustações de sais de dureza e sílica, mantendo con- trolada a proliferação microbiológica e reduzindo a adição de produtos quí- micos dos programas de tratamento da água das torres de resfriamento, e, com a integração do processo de ozonização com um processo eletroquími- co, melhora a eficiência de remoção de outros contaminantes permitindo obter uma qualidade da água residual que cumpra com as normas para que possa ser reutilizada em diferentes processos industriais. O reator eletro- químico ozonizado para formar hidróxido de alumínio e reter nos contami- nantes presentes na água é aperfeiçoado com o controle de um fluxo ade- quado da água e com a implementação de divisórias, tais como misturado- res estáticos, ou qualquer outro sistema de agitação consegue favorecer a integração do hidróxido de alumínio formado neste sistema com os contami- nantes presentes na água a ser tratada, para posteriormente separar os tra- ços dos Iodos que não puderam ser separados da água por meio de um sis- tema de filtração.
O método deste sistema integral de tratamento de águas para torres de resfriamento e outros processos consiste:
a) Na introdução da água da purga da torre de resfriamento ou da água residual a ser tratada através de um sistema ejetor Venturi para adi- cionar ozônio.
b) Na passagem da água ozonizada posteriormente por um sensor de pH para ser acondicionada mediante a adição de ácido sulfúrico, clorídrico, nítrico ou qualquer ácido orgânico para baixar o pH, ou por meio da adição de um alcalino, tal como hidróxido de sódio, carbonato de sódio ou qualquer produto químico que eleve o pH da água, para manter a água em um pH de 6.5 a 9,0, e por um sensor de condutividade para ser acondiciona- da mediante a adição de cloreto de sódio para manter a condutividade entre .100 e 20.000 micro-ohoms.
c) Na passagem da água acondicionada para o reator eletrolí- tico ozonizado que, com a aplicação de energia elétrica a um retificador de corrente, transforma a corrente elétrica alternada em corrente elétrica contí- nua, e, com a aplicação de uma determinada densidade de corrente de .0,001 a 3,0 ampères por centímetro quadrado, é conseguida a dissolução do metal nos ânodos nas placas de alumínio (ou bloco de alumínio prensado) que podem ser de ferro ou zinco, no qual é formado o hidróxido de alumínio (ferro ou zinco) que reage com os cortaminantes presentes na água, for- mando compostos sólidos que são separados da água na forma de Iodos.
d) Na separação destes Iodos da água por meio de um filtro ou sistema separador de sólidos.
e) Na passagem da água clarificada e filtrada por um tanque de contato no qual é novamente adicionado ozônio com o objetivo de manter um residual de ozônio de 0,01 a 1,0 miligramas por litro de água tratada, me- lhorando a qualidade da água para que possa ser reutilizada como reposição das torres de resfriamento e que permite aumentar os ciclos de concentra- ção eliminado as perdas de água por purgas, com o objetivo de controlar ao mesmo tempo a velocidade de corrosão, a formação de incrustações de sais de dureza e sílica, mantendo controlada a proliferação microbiológica e re- duzindo a adição de produto químicos, que são a base real dos programas de tratamento da água das torres de resfriamento.
f) Na adição de brometo de sódio na água de recirculação, tal como biocida, que tem a vantagem de ser oxidada com o ozônio, se conse- guindo ativar o bromo para fortalecer o controle microbiológico do sistema.
A inovação tecnológica neste sistema é a de eliminar 100% da sílica e a de reduzir a concentração dos sais de dureza de cálcio e magné- sio, sais que provocam a formação de incrustações. Também é a de eliminar os sólidos suspensos na água tratada que formam um lodo por meio de um sistema separador de sólidos ou de filtração, com o que é conseguida uma qualidade da água que permite que a mesma seja reutilizada como reposi- ção para as torres de resfriamento com uma concentração de 0 a 40 pares por milhão de sílica e diminuindo a concentração dos sais de dureza total, sólidos suspensos e micro-organismo, permitindo aumentar os ciclos de con- centração, eliminando as perdas de água por purgas com o objetivo de reuti- Iizar a água nas Iorres de resfriamento, controlando ao mesmo tempo a ve- locidade de corrosão, a formação de incrustações de sais de dureza e sílica, evitando e mantendo controlada a proliferação microbiológica, e reduzindo a adição de produtos químicos. O sistema consegue eliminar até 100% da síli- ca presente na água das torres de resfriamento e de outros processos, e, com a integração de diferentes sistemas, é conseguido o aumento da efici- ência de remoção da sílica, já que a filtração elimina apenas 20%, que são a sílica insolúvel, a ozonização oxida a sílica solúvel e, com uma filtração, permite eliminar 30%, um processo eletroquímico sem filtração elimina 30%, e ao ser integrado um processo eletroquímico com a aplicação de ozônio e um sistema de filtração se consegue eliminar 100% da sílica solúvel e inso- lúvel presentes na água, e, mediante o acondicionamento da água com a adição de cloreto de sódio, é conseguida a elevação da condutividade e di- minuição da tensão com a redução do consumo de energia elétrica no pro- cesso.
A operação chave do sistema é levada a cabo em um reator ele- trolítico ozonizado (célula eletroquímica com placas de alumínio), no qual é executado um processo eletroquímico no qual, com a aplicação de energia elétrica em um retificador de corrente, a corrente elétrica alternada é trans- formada em corrente elétrica contínua, e, com a aplicação de uma determi- nada densidade de corrente de 0,001 a 3,0 ampères por centímetro quadra- do, é obtida a dissolução do metal nos ânodos nas placas de alumínio (ou blocos de alumínio prensado) que podem ser de ferro ou zinco, as quais são mantidas submersas em um tanque com água da torre de resfriamento ou água residual a ser tratada, sendo obtida uma tensão determinada que de- pende da condutividade elétrica da água (eletrólito), esta condutividade elé- trica se dando em função da concentração dos sólidos dissolvidos presentes na água a ser tratada, esta condutividade sendo elevada e acondicionada em faixas de 100 a 20.000 micro-ohoms mediante a aplicação de cloreto de sódio para diminuir a tensão para reduzir o consumo de energia elétrica e otimizar o processo.
Durante a aplicação da corrente elétrica, é produzido hidrogênio nos cátodos formando borbulhas que permitem a flutuação dos Iodos forma- dos com o hidróxido de alumínio (eletrofloculação), e, com o fluxo ascenden- te da água através da célula, permite a elevação dos Iodos que posterior- mente passam por um sistema separador de sólidos da água e finalmente passam por um sistema que permite misturar a água livre de sólidos com uma quantidade de ozônio que permite manter um residual de 0,01 - 1 parte por milhão (miligramas por litro) na água tratada que permite obter as vanta- gens e benefícios proporcionadas pelo ozônio nos sistemas das torres de resfriamento ou em águas residuais tratadas, cumprindo a qualidade exigida para sejam reutilizadas novamente, e, com a adição de brometo de sódio na água de recircuiação, tal como biocida, tem a vantagem de a mesma ser oxidada com o ozônio, sendo conseguida a ativação do bromo para fortale- cer o controle microbiológico do sistema.
Este método é caracterizado pelo fato de passar a água a ser tratada através de uma célula eletroquímica com placas de alumínio que, com a indução de uma ótima amperagem de acordo com a qualidade da á- gua a ser tratada, é produzido hidróxido de alumínio (ou do metal) o qual funciona como um coagulante que retém as partículas oxidadas e não- oxidadas presentes na água formando compostos ou flóculos que separam os contaminantes da água na forma de Iodos, os quais são separados permi- tindo reutilizar a água tratada, e filtrar, ozonizar e acondicionar com a adição de cloreto de sódio para obter uma melhor qualidade da água em um baixo custo, favorecendo sua reutilização na indústria em geral.
O processo eletrolítico de eletrocoagulação, eletrofloculação, por meio da produção do hidróxido de alumínio ou do metal, forma compostos insolúveis que são separados da água, favorecendo a flutuação através do reator eletrolítico pela formação das borbulhas de hidrogênio que são produ- zidas nos cátodos com as microborbulhas do gás ozônio e mantendo um fluxo ascendente da água, evitando a sedimentação destes Iodos, que são posteriormente separados da água por um sistema de filtração.
A presente invenção desenvolve um novo processo que é obtido com a integração de tecnologias básicas, que, com sua união, é obtida uma inovação tecnológica que elimina 100% da sílica e reduz a concentração dos sais de dureza de cálcio e magnésio.
A integração de tecnologias básicas concentra o oxigênio conti- do no ar do meio ambiente devido à separação do nitrogênio que é obtido mediante o processo de separação de gases, este oxigênio concentrado é passado por um processo de alta tensão obtendo uma produção de ozônio otimizada em uma concentração elevada que permite realizar a oxidação dos contaminantes presentes na água a ser tratada para posteriormente, com a integração de uma célula eletroquímica com placas de alumínio, pro- duzir hidróxido de alumínio que, ao reagir com os contaminantes presentes na água, forma um lodo insolúvel, para posteriormente separá-los da água por meio de um sistema de filtração, vácuo ou centrifugação, obtendo uma água com uma qualidade que permite que a mesma seja reutilizada para diferentes processos industriais e/ou de irrigação de áreas verdes. O acondi- cionamento da água mediante a adição de cloreto de sódio eleva a conduti- vidade e diminui a tensão, reduzindo, dessa forma, o consumo de energia elétrica no processo.
Com o tratamento da água residual e/ou industrial, é obtida água com uma qualidade para ser usada novamente, cumprindo as normas eco- lógicas estabelecidas para cada caso, em particular, a diferença na qualida- de da água a ser obtida será conseguida com a integração otimizada destas tecnologias, com o desenvolvimento do sistema para cada aplicação, em particular, sendo necessário estabelecer condições específicas em cada ca- so.
Por isso, é pretendido o registro do método deste sistema, isto é, o uso de um sistema eletroquímico de eletrocoagulação/eletrofloculação/ eletroflutuação com células de alumínio/ferro/zinco/magnésio e outros metais que elimine a sílica da água, o uso de uma célula eletrolítica com ozônio, seja antes, seja depois (pré-ozonização de pós-ozonização)(ozônio/eletro- química/filtração/ozônio) para o tratamento de água, a eliminação de conta- minantes na água por meio de ozônio e eletroquímica, para reduzir os sais da sílica, dureza total, tal como do cálcio e magnésio, cloretos, metais, gor- duras e azeites, colorantes, matéria orgânica, demanda química de oxigênio, demanda biológica de oxigênio, micro-organismos em geral, cianureto, arsê- nico, fluoretos em qualquer tipo e qualidade de água, a adição de um sal de bromo, tal como brometo de sódio, para favorecer o controle microbiológico mediante a oxidação do sal com o ozônio no tratamento da água para as torres de resfriamento, o método eletroquímico para a eliminação da sílica em qualquer tipo, tratamento e/ou acondícionamento de águas, seja de pro- cesso industrial, residual ou qualquer semelhança à eliminação, e a redução da sílica na água, o uso de qualquer sistema eletroquímico para a elimina- ção e/ou a redução da sílica, dureza total e de qualquer sistema, processo e/ou tratamento de águas para as torres de resfriamento, rechaço de osmo- se inversa, regeneração de sistemas e/ou plantas de desmineralização de resinas de intercâmbio iônico aniônico, águas residuais ou qualquer outro processo que se refira à eliminação da sílica ou dureza total da água.
A adição de um sal de bromo na água tratada com o ozônio fa- vorece a oxidação dos contaminantes melhorando o controle da proliferação microbiológica do sistema da água das torres de resfriamento, a aplicação de bromo permite a obtenção de uma regeneração por meio do ozônio, já que o bromo livre reage com os contaminantes ou com os micro-organismos, este se decompõe e com a ação do ozônio é executada a reação química formando brometos e bromatos que permitem reativar a ação do bromo na água.
As vantagens e os benefícios da presente invenção são os de permitir reutilizar e reciclar 100% da água que é tirada das torres de resfria- mento, rechaços de osmose inversa, regenerações das unidades aniônicas de sistemas de desmineralização e águas residuais das indústrias, gerando economias ao se reutilizar a água que efetivamente tem que ser tirada, re- duzindo a quantidade dos produtos químicos que são necessários e indis- pensáveis nas torres de resfriamento e águas residuais, reduzindo o impacto ambiental que é ocasionado ao se desejar água com um teor de contami- nantes e produtos químicos que impossibilita seu descarte, além de permitir eliminar contaminantes presentes na água que provém de poços que contêm contaminantes, tais como arsênio, cianureto, ferro, manganês e micro-orga- nismos, para o uso da água potável.
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção se baseia em um sistema de tratamento de águas no qual são integradas várias tecnologias e processos que, com a união e a aplicação adequada dos mesmos, pode ser eliminada a sílica e reduzir a concentração dos sais de dureza da água das torres de resfriamento e redu- zir o consumo de produtos químicos para evitar os problemas de corrosão, de incrustação e de proliferação microbiologia nestes sistemas.
A presente invenção se refere à integração de tecnologias que são a concentração do oxigênio com a sua separação do nitrogênio presente no ar do meio ambiente, a produção de ozônio mediante a aplicação de alta tensão na passagem do oxigênio, a integração de um processo eletroquími- co controlado para formar hidróxido de alumínio para ser retido nos contami- nantes presentes na água e controlando as variáveis do fluxo da água, e a implementação de divisórias como misturadores estáticos para favorecer a integração do hidróxido de alumínio formado neste sistema com os contami- nantes presentes na água a ser tratada, para posteriormente separar os tra- ços dos Iodos que não podem ser separados da água por meio de um siste- ma de filtração, vácuo ou centrifugação, para que posteriormente a água livre destes contaminantes passe através de um sistema Venturi que permite a adição de ozônio otimizada à água industrial com o objetivo de evitar os problemas de corrosão, de incrustação e de proliferação microbiológica no sistema das torres de resfriamento e, com a adição de brometo de sódio na água de recirculação, tal como biocida, tem a vantagem de ser oxidada com o ozônio, se conseguindo assim ativar o bromo para fortalecer o controle microbiológico do sistema.
ETAPAS DO PROCESSO:
1. OZONIÇÃO: a aplicação de gás ozônio, por meio de um tubo Venturi ou ejetor calculado para obter a máxima eficiência e conseguir a oxi- dação dos diferentes contaminantes que estão presentes na água a ser tra- tada.
2. CLARIFICAÇÃO ELETROQUÍMICA: é executado um proces- so eletrolítico (eletrocoagulação-floculação), é realizada a reação eletroquí- mica na célula com placas de alumínio ou ferro com os contaminantes pre- sentes na água, tais como sais de sílica, dureza, sólidos suspensos, matéria orgânica, colorantes e micro-organismos, detergentes, matéria orgânica, ar- sênico, ou qualquer outro contaminante produzindo um composto insolúvel que é precipitado como um lodo e que pode ser separado da água.
3.FILTRAÇÃO: o processo de filtração é levado a cabo com um meio filtrante ou sistema de separação de sólido-líquido, o qual retém os tra- ços dos sólidos ou Iodos que não puderam ser separados no processo ante- rior, permitindo obter uma melhor qualidade da água tratada.
DESCRIÇÃO DO SISTEMA: (vide figura 1)
1. A água da purga das torres de resfriamento passa através de um sistema ejetor de líquido-gás (Venturi) e é injetado gás ozônio concen- trado, gerado de um concentrador de oxigênio que separa o nitrogênio do oxigênio do ar atmosférico, por meio de um sistema PSA ou membrana, este oxigênio concentrado (70-95%) é passado através de um reator de alta ten- são controlado por um sistema eletrônico que controla a frequência/resso- nância/tensão/temperatura.
2. A água ozonizada passa através de um sistema controlador de pH que controla o valor otimizado do pH, o qual recebe um sinal do sen- sor e envia um sinal a um sistema que condiciona o pH para mantê-lo dentro de um valor de 6,5 a 9,0, por meio da adição de ácido sulfúrico, clorídico, nítrico ou qualquer ácido orgânico para baixar o pH, ou por meio da adição de um alcalino, tal como hidróxido de sódio, carbonato de sódio ou qualquer produto químico que eleve o pH da água.
3. A água com um pH adequado antes de entrar no reator ele- troquímico passa por um sistema automático que monitora e controla por meio de um sensor a condutividade da água, e envia um sinal a um compu- tador pessoal que envia um sinal a um sistema que acondiciona o valor da condutividade para mantê-la dentro de um valor de 100 a 20.000 micro- ohoms, mediante a dosificação de cloreto de sódio ou de qualquer produto químico para elevar a condutividade, mantendo este parâmetro dentro das faixas previamente estabelecidas para diminuir a tensão e reduzir o consu- mo de energia elétrica.
4. A água oxidada com o gás ozônio e acondicionada com óti- mos valores de pH e condutividade é introduzida em uma célula eletroquími- ca (reator eletroquímico de eletrocoagulação/eletrofloculação e eletroflutua- ção) com células de alumínio no cátodo e no ânodo que trocam a polaridade periodicamente toda hora por meio de um "timer" previamente programado com o objetivo de limpar e desgastar todas as placas simultaneamente.
5. O sistema conta com um eletrodo seletivo para sílica que en- via um sinal da concentração para o computador pessoal e um controle para o retificador de corrente para que seja automaticamente mantida uma ampe- ragem que controla uma ótima densidade de corrente otimizada, já que o fluxo de água e o volume do reator se mantêm constantes, isto permitindo aperfeiçoar a quantidade de alumínio cedida à água para eliminar os conta- minantes presentes na água, tal como a sílica, já que nas torres de resfria- mento é a variável a ser controlada.
6. O lodo formado por hidróxido de alumínio que é gerado no reator eletroquímico com a reação com os contaminantes presentes na á- gua, tais como a sílica, a dureza total de cálcio e magnésio, os sólidos sus- pensos e os micro-organismos que são encontrados na água a ser tratada, é separado da água por meio de um sistema de filtração (de cascalho, de a- reia, de prensagem, rotatório, rotatório a vácuo, centrífugo, ou qualquer outro sistema de separação de sólido-líquido), de acordo com o melhor de cada sistema.
7. A água tratada e clarificada pelo reator eletroquímico passa através de um filtro de cascalho, de areia, ou de carbono ativado, no qual são eliminados os traços dos sólidos suspensos e flóculos que não serão totalmente separados da água.
8. A água clarificada e filtrada passa para um tanque de contato pressurizado, no qual é misturada com ozônio por meio de um sistema de bombeamento e um tubo Venturi para acondicionar a água e manter um re- sidual de ozônio de 0,001 a 1,0 miligramas por litro de água tratada e reutili- zá-la novamente como água de reposição nas torres de resfriamento.
9. Na bacia da torre é adicionado cloreto de bromo, tal como bi- ocida, que tem a particularidade dee, com a reação com os micro-orga- nismos presentes na água, ser decomposto, mas, com o contato com o ozô- nio, terá um efeito bactericida cíclico, mantendo um efeito residual constante na água da torre de resfriamento.
10. No trajeto do fluxo da torre de resfriamento para a instalação industrial e através dos diferentes processos, é monitorado o residual de bromo e ozônio, com o objetivo de instalar geradores de ozônio nos pontos necessários para se obter resultados que garantam um adequado programa de tratamento de águas das torres de resfriamento.
RESULTADOS EXPERIMENTAIS:
No processo de eletrocoagulação-floculação (ECF) para o trata- mento de água de purga de torres de resfriamento com eletrodos de alumí- nio que são dissolvidos por eletrólise, são formadas espécies coagulantes (hidróxidos de alumínio), as quais são desestabilizadas e agrupam partículas ou precipitados suspensos e absorvem contaminantes dissolvidos. Conforme mostrado na figura 6, a dissolução anôdica do alumínio é acompanhada pela formação de gás hidrogênio no cátodo, cujas borbulhas de gás capturam e conduzem a flutuação das partículas suspensas formadas, removendo assim os contaminantes.
Vide figura N0 6.
Em uma célula de ECF de eletrodos de alumínio, a reação no ânodo é
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e no cátodo,
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O cátion Al3+ pode ser hidratado para formar várias espécies tô- nicas, <formula>formula see original document page 19</formula>
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O avanço da hidratação depende da concentração total do metal (AI3+) e do valor de pH da solução, assim como das outras espécies presen- tes na solução. A figura 7 mostra um diagrama da solubilidade do hidróxido de alumínio, AI(OH)3)(s), em mg/l, assumindo apenas a presença da espécie de alumínio.
Vide figura 7.
Os limites de solubilidade indicam os equilíbrios termodinâmicos que existem entre as espécies dominantes do alumínio em um valor de pH e o hidróxido de alumínio sólido. Na figura 7, é observado que a solubilidade mínima do alumínio ocorre em uma concentração de 0,03 mg/L e pH igual a .6,3. Com o incremento da solubilidade, a solução fica mais ácida ou mais alcalina.
O trabalho experimental foi dividido em duas partes:
Uma primeira parte onde são realizadas vários experimentos utilizando um retificador com leitoras analógicas para intensidade de corren- te (I) e potencial (E), com o fim de mostrar o efeito da intensidade de corren- te, da agitação e do gás ozônio borbulhando sobre a produção de Al3+ e, consequentemente, a ECF da sílica. Nos três primeiros experimentos com agitação foram aplicados 1, 2 e 3 A de intensidade de corrente e foram to- madas amostras de solução para medir a concentração de sílica em ppm em função do tempo. Depois, foram realizados três experimentos em I = 2 A sem agitação, com agitação e finalmente com agitação e borbulhamento de gás ozônio.
Uma segunda parte foi realizada utilizando a mesma célula de .10 placas, um potenciostato/galvanostato da marca Princeton Applied Rese- arch modelo 263 A, uma placa e um software Power Suite e um computador COMPAQ. Os experimentos foram em 1, 1,5 e 1,9 A com e sem agitação. Finalmente, foram realizados vários experimentos em 1,9 A com 2 g de NaBr e com 0,5, 0,75, 1 e 2 g de NaCI. Em cada um dos experimentos com NaCI foi seguida a evolução da condutividade em função do tempo.
Primeira parte
Nas tabelas 1, 2 e 3, são apresentados os resultados experimen- tais obtidos dos três primeiros experimentos para diferentes valores de in- tensidade de corrente em função do tempo. Pode ser observado que o valor do pH da solução está em 8,72 com um valor da condutividade de 1272 μβ, isto é, a solução apresenta uma baixa condutividade e que a concentração de Ca2+, Mg2+, fosfatos e sílica diminui com o tempo e a concentração de Cl permanece praticamente constante. Também é observado que é alcançada a concentração de 0 ppm de sílica nos três experimentos nos 16, 6 e 6 minu- tos para I = 1, 2 e 3 A, respectivamente; na tabela 4, são mostrados os resul- tados experimentais dos três experimentos. <table>table see original document page 21</column></row><table> <table>table see original document page 22</column></row><table>
<table>table see original document page 22</column></row><table> Tabela 4. Concentração de sílica em função do tempo e de I.
<table>table see original document page 23</column></row><table>
No anteriormente exposto, é permitido observar que a concen- tração zero de sílica no segundo experimento chega, na realidade, sobre os .5 minutos. Na figura 8, é mostrada a troca na concentração de sílica em fun- ção do tempo.
Vide figura 8.
Foram realizados três experimentos de ECF a partir de uma concentração inicial de 85,5 ppm de sílica e um valor de I = 2 A. O primeiro foi realizado sem agitação; no segundo, o eletrólito foi agitado; e no terceiro, foi mantida a agitação, tendo sido borbulhado adicionalmente o gás ozônio. Dos resultados obtidos, e que são mostrados na Tabela 5 e na figura 9, pode ser observado que é alcançada primeiro, e na seguinte ordem, a concentra- ção zero de sílica: 3o. experimento > 2o. experimento >1°. experimento. O anterior sugere que uma melhor mistura promove a EFC e o desaparecimen- to mais rápido de sílica na solução. Tabela 5. Concentração de sílica em função do tempo para I =2
A e diferentes condições de operação
<table>table see original document page 24</column></row><table>
Vide figura 9.
Segunda parte
Foram realizados vários experimentos da água de purga por cronopotenciometria a I = 1, 1,5 e 1,9 A e para o caso específico de I = 1,9 A com 2 g de NaBr e com 0, 0,5, 1 e 2 g de NaCI. Os resultados obtidos serão utilizados para determinar...
Vide as figuras 10/11/12/13/14/15/16.
Tabela 6. Sílica separada por EFC e AL3+ produzido para I = 1 A
<table>table see original document page 24</column></row><table>
Desenvolvimento:
Foi utilizada uma célula de 10 placas de alumínio de dimensões de 0,07, 0,11 e 0,00635 m de altura, largura e espessura, respectivamente. A área total anódica (9 faces) é de 0,0693 m2. Entre as placas havia uma separação de 0,005 m.
Material e equipamento:
-1 retificador que opera no intervalo de 0 a 5 A e de 0 a 20 V.
-1 kit de laboratório para determinar a sílica marca Hach.
-1 célula de 10 placas de alumínio.
-50 L de água da purga de torres de resfriamento.
-Sais de NaBre NaCI.
-1 eletrodo de calomel (cloreto de mercúrio).
- 3 recipientes de precipitados de 1000 mL.
-4 vasos de precipitados de 200 mL.
-Um potenciostato/galvanostato marca Princeton Applied Rese- arch modelo 263 A. Este equipamento controla uma tensão de ± 20 V e uma intensidade de corrente de ± 2 A controladas com um computador COMPAQ com uma placa e o Software "Power Suite".
-Uma placa e um Software "Power Suite" marca Sistemas Au- tomatizados Industriais, que permite realizar as técnicas de corrosão, de vol- tametria cíclica, de cronoamperometria, de potencial a circuito aberto, de cronopotenciometria e técnicas de impedância eletroquímica.
- 1 equipamento de Espectroscopia de Absorção Atômica da marca Perkin-Elmer e modelo 2100, que pode trabalhar de acordo com as modalidades de chama (ar/acetileno e nitroso/acetileno), Forno de Grafite mod. HGA-700 com um injetor automático de amostras modelo AS-70, Ge- rador de Hidretos modelo MHS-10.
- 1 condutímetro.
-1 multímetro.
- Papel pH.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS, DESENHOS E GRÁFICOS
A figura 1 representa o diagrama do sistema integral de trata- mento de águas.
A figura 2 descreve o processo do sistema integral de tratamento de águas. A figura 3 mostra uma célula eletroquímica, onde o numerai 1 indica uma placa de alumínio, o 2, separadores entre as placas de material isolante, que funcionam como divisórias para produzir turbulência na água para favorecer a reação do hidróxido de alumínio com os contaminantes presentes na água a ser tratada, o 3, uma célula nas placas intercaladas que permite a conexão dos eletrodos, o 4, a distância entre as placas, o 5, o ele- trodo positivo, e o 6, o eletrodo negativo.
A figura 4 mostra uma vista superior da célula do reator eletro- química, onde o numerai 7 indica um reator eletrolítico ozonizado.
A figura 5 é uma seção da célula do reator eletroquímico, onde o numerai 9 indica a entrada de água, o 9, a saída de água, o 10, um contato positivo, e o 11, um contato negativo.
A figura 6 mostra as interações que ocorrem em uma célula de ECF.
A figura 7 é um diagrama de solubilidade do hidróxido de alumí- nio, sendo considerado apenas com relação à espécie de alumínio.
A figura 8 mostra a concentração de sílica (eixo y) em função do tempo (eixo x) para diferentes valores da intensidade de corrente (I), 1A, 2A, 3A.
A figura 9 mostra a concentração de sílica para diferentes condi- ções de operação.
A figura 10 é um gráfico do potencial em função do tempo para I = 1A.
A figura 11 é um gráfico do potencial em função do tempo para I = 1,5 A.
A figura 12 é um gráfico do potencial em função do tempo para I = 1,9 A.
A figura 13 é um gráfico do potencial em função do tempo para I= 1,9 A. As curvas de EFC da solução representam solução sem sal (cur- va superior), solução com 2 g de NaBr (curva intermediária), solução com .2g de NaCI (curva inferior).
A figura 14 mostra a voltamperometria cíclica da solução com .2 g/L de NaBr.
A figura 15 mostra a voltamperometria cíclica da solução com .2 g/L de NaCI.
A figura 16 mostra curvas cronopotenciométricas da solução a I = 1,9 A e diferente concentração inicial de sal: 0,5 g de NaCI (primeira cur- va superior), 0,75 g de NaCI (segunda curva superior), 1 g de NaCI (primeira curva inferior) e 2 g de NaCI (segunda curva inferior).
Claims (27)
1. Sistema integral de tratamento de água para torres de resfri- amento e outros processos, tais como o rechaço de osmose inversa, regene- rações de sistemas de desmineralização na unidade aniônica, águas azula- das das aeronaves e águas residuais, no qual são reduzidos e/ou eliminados contaminantes, tais como a sílica, a dureza total de cálcio e magnésio, os sólidos suspensos, a matéria orgânica, os microorganismos, os metais pe- sados, os colorantes, os detergentes e o arsênico, sendo obtida uma quali- dade da água que permite que a mesma seja reutilizada novamente em dife- rentes processos industriais, semi-industriais ou domésticos, gerando assim economias de água e produtos químicos. A inovação tecnológica neste sistema é a de eliminar 100% da sílica e a de reduzir a concentração dos sais de dureza de cálcio e magné- sio, sais que provocam a formação de incrustações. Também são eliminados os sólidos suspensos na água tratada que formam um lodo por meio de um sistema separador de sólidos ou de filtração, sendo com isso obtida uma qualidade da água que permite que a mesma seja reutilizada como reposi- ção para as torres de resfriamento com uma concentração de 0 a 40 partes por milhão de sílica, diminuindo a concentração dos sais de dureza total, sólidos suspensos e microorganismos, permitindo aumentar os ciclos de concentração, eliminado as perdas de água por purgas com o objetivo de reutilizar a água nas torres de resfriamento, controlando ao mesmo tempo a velocidade de corrosão, a formação de incrustações de sais de dureza e síli- ce, evitando e mantendo controlada a proliferação microbiológica, e reduzin- do assim a adição de produtos químicos. Este sistema compreende: a) um sistema de ejetor Venturi, b) um sistema concentrador de oxigênio, c) um equipamento gerador de ozônio, d) um sistema controlador de pH, e) um sistema controlador de condutividade, caracterizado por f) uma célula eletroquímica com placas de alumínio (ferro, zinco, ou qualquer outro metal que reaja com a sílica para separá-la da água), g) um sistema separador de sólidos ou um sistema de filtra- ção, h) um sistema concentrador de oxigênio, e i) um equipamento gerador de ozônio.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual podem ser eliminados até 100% da sílica presente na água das torres de resfriamento e de outros processos, e, com a integração de diferentes sistemas, pode ser aumentada a eficiência de remoção da sílica, já que a filtração apenas elimi- na 20%, que são a sílica insolúvel, a ozonização oxidando a sílica solúvel e, com uma filtração, permite eliminar 30%, um processo eletroquímico sem filtração eliminando 30%, e, com a integração de um processo eletroquímico com a aplicação de ozônio e um sistema de filtração, podem ser eliminados .100% da sílica solúvel e insolúvel presente na água, e, mediante o acondi- cionamento da água com a adição de cloreto de sódio, pode ser elevada a condutividade e diminuída a tensão, reduzindo assim o consumo de energia elétrica no processo.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual podem ser eliminados até 100% da sílica presente na água das torres de resfriamento, tais como rechaços do processo de osmose inversa, enxágues das regene- rações das plantas e sistemas de intercâmbio iônico nos sistemas aniônicos, e de outros processos nos quais é desejada a eliminação da sílica da água.
4. Sistema integral de tratamento de águas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, com a passagem da água através de uma célula eletrolítica ozonizada, é conseguida uma qualidade da água que permite que a mesma seja reutilizada como reposição para as tor- res de resfriamento com uma concentração de 0 a 40 partes por milhão de sílica, e uma menor concentração dos sais de dureza total, sólidos suspen- sos e microorganismos, o que permite aumentar os ciclos de concentração, e a eliminação das perdas de água por purgas com o objetivo de reutilizar a água nas torres de resfriamento.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual a água po- de ser filtrada para reduzir o conteúdo de sólidos suspensos e da sílica inso- lúvel, embora possa também passar diretamente para a célula eletrolítica sem filtração prévia.
6. Água, como definido na reivindicação 1, que pode passar dire- tamente sem ser ozonizada no reator eletroquímico, caracterizada pelo fato de poder ser ozonizada antes de passar pela célula eletrolítica para oxidar contaminantes e melhorar a separação de sólidos e sílica.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a aplicação de ozônio na água da torre de resfriamento depois da célula eletroquímica aumentar a eficiência do programa de tratamento quí- mico da água, reduzindo e controlando a velocidade de corrosão, a forma- ção de incrustações de sais de dureza e sílica, mantendo controlada a proli- feração microbiológica, e reduzindo a adição de produtos químicos dos pro- gramas de tratamento da água das torres de resfriamento.
8. Sistema integral de tratamento de águas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, com a integração do proces- so de ozonização com um processo eletroquímico, é aperfeiçoada a eficiên- cia de remoção da sílica e de outros contaminantes, permitindo obter uma qualidade da água residual que cumpra com as normas para que a mesma possa ser reutilizada em diferentes processos industriais, já que, com a pas- sagem do oxigênio concentrado através de um reator de alta tensão, é gera- do o ozônio que é necessário para a oxidação dos contaminantes presentes na água a ser tratada, a aplicação do gás ozônio tendo vários objetivos, o primeiro sendo a oxidação dos contaminantes formando uma alteração na estrutura morfológica dos cristais dos sais de sílica, favorecendo a formação de Iodos e finalmente otimizando a eliminação da sílica da água da torre de resfriamento, assim como uma reação devido à oxidação dos contaminantes que favorece a formação de sólidos que permitem a separação da água, sendo assim obtida uma otimização do processo, o segundo objetivo, isto é, a aplicação de ozônio na água da torre de resfriamento depois da célula ele- troquímica, sendo o aumento da eficiência do programa de tratamento quí- mico da água, reduzindo e controlando a velocidade de corrosão, a forma- ção de incrustações de sais de dureza e sílica, mantendo controlada a proli- feração microbiológica, e reduzindo a adição de produtos químicos dos pro- gramas de tratamento da água das torres de resfriamento.
9. Método integral para o tratamento de águas das torres de res- friamento e de outros processos (rechaço de osmose inversa, regenerações de sistemas de desmineralização na unidade aniônica e águas residuais), no qual são reduzidos e/ou eliminados os contaminantes, tais como a sílica, a dureza total de cálcio e magnésio, os sólidos suspensos, a matéria orgânica, os microorganismos, os metais pesados, os colorantes e os detergentes, melhorando a qualidade da água para que a mesma seja reutilizada nova- mente em diferentes processos industriais, semi-industriais ou domésticos, gerando assim economias de água e de produtos químicos, o método com- preendendo: a) Um sistema de ejetor Venturi que é basicamente um ejetor que favorece a mistura de água-gás (ozônio), que permite uma ótima mistura da água a ser tratada com o gás ozônio. b) Um sistema concentrador de oxigênio que separa o nitro- gênio do oxigênio que está presente no ar atmosférico por meio de um processo físico de filtração em uma pressão determinada, no qual é conseguida a concentração do oxi- gênio que é exigida como matéria-prima para gerar ozônio. c) Um equipamento gerador de ozônio que, com a passagem do oxigênio concentrado no equipamento anterior através de um reator de alta tensão, é gerado o ozônio que é ne- cessário para a oxidação dos contaminantes presentes na água a ser tratada, a aplicação do gás ozônio tendo vários objetivos, o primeiro sendo a oxidação dos contaminantes formando uma alteração na estrutura morfológica dos cris- tais dos sais de sílica, favorecendo a formação de Iodos e finalmente otimizando a eliminação da sílica da água da tor- re de resfriamento, assim como uma reação devido à oxi- dação dos contaminantes que favorece a formação de sóli- dos que permitem a separação da água, sendo assim obti- da uma otimização do processo. d) Um sistema controlador de pH que contém um sensor que mede o pH e que envia um sinal a um computador pessoal que por sua vez envia um sinal a um sistema que acondi- ciona o pH para mantê-lo dentro de um valor de 6,5 a 9,0, por meio da adição de ácido sulfúrico, clorídrico, nítrico ou qualquer ácido orgânico para baixar o pH, ou por meio da adição de um alcalino, tal como hidróxido de sódio, carbo- nato de sódio ou qualquer produto químico que eleve o pH da água, para mantê-lo dentro de um valor de 6,5 a 9,0. e) Um sistema controlador de condutividade que contém um sensor que mede a condutividade da água e que envia um sinal a um computador pessoal que por sua vez envia um sinal a um sistema que acondiciona o valor da condutivida- de da água para mantê-la dentro de um valor de 100 a .20.000 micromhos, por meio da adição de cloreto de sódio ou qualquer produto químico que eleve a condutividade da água, caracterizado por f) Uma célula eletroquímica com células de alumínio (ferro ou zinco), na qual é formado hidróxido de alumínio (ou blocos de alumínio compactado e prensado), que também pode ser de ferro ou zinco, que reage com os contaminantes presentes na água formando um lodo (ele- trofloculação) que é facilmente separado da água com a a- plicação de uma corrente elétrica em uma amperagem en- tre 0,001 a 3 ampères por centímetro quadrado, que permi- te uma densidade de corrente otimizada para ceder o alu- mínio que é exigido para reagir com os contaminantes pre- sentes na água a ser tratada, formando um lodo que é pos- teriormente separado da água, permitindo assim que a á- gua tratada por este sistema seja reutilizada, e, com a inte- gração dos processos de filtração e ozonização, sendo ob- tida uma melhor qualidade da água. g) Um sistema separador de sólidos ou um sistema de filtra- ção que pode se dar por diferentes processos, seja por um sistema de filtração de cascalho, areia, antracito, carvão a- tivado, filtração por vácuo, separação de sólidos em líqui- dos por centrifugação, filtros rotatórios a vácuo, ou qualquer outro processo de separação de sólido-líquido, que permita uma separação dos sólidos formados no reator eletroquími- co da água, dependendo da qualidade da água a ser trata- da.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, com a passagem da água a ser tratada através de uma célula eletroquímica com placas de alumínio e a posterior separação dos Iodos formados, a água tratada pode ser reutilizada, e com a filtração,a ozonização e o acondicionamento com a adição de cloreto de sódio, seja obtida uma melhor qualidade da água com um baixo custo.
11. Aplicação do ozônio, caracterizada pelo fato de a oxidação dos contaminantes presentes na água, antes da passagem pela célula ele- troquímica com células de alumínio, favorecer a separação dos sólidos e da sílica e, depois da filtração, melhorar a qualidade da água, favorecendo sua reutilização na indústria em geral.
12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por uma célula eletroquímica com placas ou blocos de alumínio (ferro, zinco ou magnésio comprimidos, compactados ou prensados), que, com a indução de uma ótima amperagem de acordo com a qualidade da água a ser tratada, é produzido hidróxido de alumínio (ou do metal) que funciona como um coagu- Iante que retém as partículas oxidadas e não-oxidadas presentes na água formando compostos ou flóculos que são separados nos contaminantes da água na forma de Iodos.
13. Sílica retida nos Iodos formados, como definido na reivindi- cação 9, caracterizada pelo processo eletrolítico de eletrocoagulação, eletro- floculação, pela produção do hidróxido de alumínio ou do metal, formando compostos insolúveis que são separados da água, favorecendo a flutuação através do reator eletrolítico pela formação das borbulhas de hidrogênio que são produzidas nos cátodos com as microborbulhas do gás ozônio e man- tendo um fluxo ascendente da água, evitando a sedimentação destes Iodos, que são separados da água posteriormente por um sistema de filtração.
14. Processo desenvolvido pela presente invenção, que é obtido com a integração de tecnologias básicas, que, com a união das mesmas, é obtida uma inovação tecnológica que elimina 100% da sílica e reduz a con- centração dos sais de dureza de cálcio e magnésio, sais que provocam a formação de incrustações, eliminando os sólidos suspensos e outros conta- minantes presentes na água que, com o tratamento da mesma com este no- vo processo, é formado um lodo que é posteriormente separado em um sis- tema separador de sólidos ou de filtração.
15. Invenção, como definido na reivindicação 14, que permite aumentar os ciclos de concentração nas torres de resfriamento gerando e- conomias de água e de produtos químicos além de manter controlada a pro- liferação microbiológica, o que permitirá à indústria em geral substituir os programas de tratamento de águas industriais convencionais por esta nova alternativa tecnológica.
16. Novo processo de tratamento de água, como definido na rei- vindicação 14, que permite obter uma excelente qualidade da água residual em um custo por metro cúbico muito atrativo para a indústria em geral, e a inter-relação dos processos de filtração, ozonização, eletroquímica, filtração e ozonização permite executar este processo de tratamento de águas indus- triais e/ou residuais, sendo obtida uma qualidade da água que cumpre com as normas necessárias, permitindo que a mesma seja reutilizada novamente em diferentes processos industriais e/ou de irrigação de áreas verdes.
17. Processo desenvolvido de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que, com a integração de tecnologias básicas, a concentração do oxigênio contido no ar do meio ambiente devido à separa- ção do nitrogênio é conseguida mediante o processo de separação de ga- ses, este oxigênio concentrado passando por um processo de alta tensão que obtém uma produção de ozônio otimizada em uma alta concentração que permite executar a oxidação dos contaminantes na água a ser tratada para posteriormente, com a integração de uma célula eletroquímica com pla- cas de alumínio, produzir hidróxido de alumínio que, com a reação com os contaminantes presentes na água, forma um lodo insolúvel, para posterior- mente separá-los da água por meio de um sistema de filtração, de vácuo ou de centrifugação, sendo assim obtida uma água com uma qualidade que permita que a mesma seja reutilizada para diferentes processos industriais e/ou irrigação de áreas verdes.
18. Acondicionamento da água, de acordo com a reivindicação .14, caracterizado pela adição de cloreto de sódio para elevar a condutivida- de e diminuir a tensão, reduzindo assim o consumo de energia elétrica no processo.
19. Tratamento de água residual e/ou industrial, como definido na reivindicação 14, com o qual é obtida água com uma qualidade que per- mita que a mesma seja novamente usada, com o cumprimento das normas ecológicas estabelecidas para cada caso em particular, a diferença na quali- dade da água a ser obtida sendo conseguida com a integração otimizada destas tecnologias, com o desenvolvendo do sistema para cada aplicação em particular, e sendo, portanto, necessário estabelecer condições particula- res em cada caso.
20. Uso de um sistema eletroquímico de eletrocoagulação/ele- trofloculação/eletroflutuação com células de alumínio/ferro/zinco/magnésio e outros metais que elimina a sílica da água.
21. Uso de uma célula eletrolítica com ozônio, seja antes, seja depois (pré-ozonização de pós-ozonização) (ozônio/eletroquímica/filtração/ ozônio) para o tratamento de água.
22. Eliminação de contaminantes na água por meio de ozônio e eletroquímica, para reduzir os sais de sílica, dureza total, tais como de cálcio e magnésio, cloretos, metais, gorduras e azeites, colorantes, matéria orgâni- ca, demanda química de oxigênio, demanda biológica de oxigênio, microor- ganismos em geral, cianureto, arsênico, fluoretos em qualquer tipo e quali- dade de água.
23. Adição de um sal de bromo, tal como brometo de sódio, para favorecer o controle microbiológico mediante a oxidação do sal com o ozônio no tratamento da água para torres de resfriamento.
24. Método eletroquímico para a eliminação da sílica em qual- quer tipo, tratamento e/ou acondicionamento de águas, seja de processo, industrial, residual, ou qualquer semelhança à eliminação, e para a redução da sílica na água.
25. Uso de qualquer sistema eletroquímico para a eliminação e/ou redução da sílica, da dureza total e de qualquer sistema, processo e/ou tratamento de águas para as torres de resfriamento, rechaço de osmose in- versa, regeneração de sistemas e/ou instalações de desmineralização de resinas de intercâmbio iônico aniônico, águas residuais ou qualquer outro processo que se refira à eliminação da sílica ou da dureza total da água.
26. Reator eletroquímico ozonizado para formar hidróxido de alumínio e reter nos contaminantes presentes na água, que é otimizado com o controle de um fluxo adequado da água e com a implementação de divisó- rias, tais como misturadores estáticos, ou qualquer outro sistema de agita- ção com o qual é conseguida a integração do hidróxido de alumínio formado neste sistema com os contaminantes presentes na água a ser tratada, para a posterior separação dos traços dos Iodos que não puderam ser separados da água por meio de um sistema de filtração.
27. Adição de um sal de bromo à água tratada com ozônio que favorece a oxidação dos contaminantes que melhora o controle da prolifera- ção microbiológica do sistema da água das torres de resfriamento, a aplicação de bromo permitindo obter uma regeneração por meio do ozônio, já que o bromo livre reage com os contaminantes ou com os microorganismos, que é decomposto e, com a ação do ozônio, sendo realizada a reação química que forma brometos e bromatos que permitem reativar a ação do bromo na água.
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