BRPI0807838A2

BRPI0807838A2 - " processo e dispositivo para a purificação da água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados ".

Info

Publication number: BRPI0807838A2
Application number: BRPI0807838-6A
Authority: BR
Inventors: Riebensahm Michael
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2014-06-03
Also published as: US8968572B2; EP2114832B1; CA2676659C; DE102007004310A1; AR065021A1; AU2008209879B2; AU2008209879A1; PE20081334A1; WO2008092713A1; US20100108603A1; CA2676659A1; CL2008000232A1; ATE547382T1; EP2114832A1; PL2114832T3; ES2379743T3

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A PURIFICAÇÃO DA ÁGUA CONTAMINADA COM ÍONS SULFATO E ÍONS DE METAIS PESADOS".

A presente invenção refere-se a um processo e aparelho para a 5 purificação da água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados.

A presente invenção baseia-se no campo da técnica da purifica- ção da água ou do tratamento da água. O tratamento da água é, hoje em dia, da maior importância em muitas áreas da vida privada ou comercial. As leis ambientais oficiais e as regulamentações de saúde são também cada 10 vez mais abraçadas. O processo de acordo com a presente invenção e o aparelho de acordo com a presente invenção podem ser usados de uma forma particularmente vantajosa na área da eliminação da drenagem ácida de rochas que pode ocorrer durante o transporte industrial de matérias- primas em uma extração mineral a céu aberto. A drenagem ácida de rochas 15 baseia-se em águas residuais com um pH notavelmente inferior a sete, ou seja, em uma solução ácida que tem ainda, via de regra, íons de metais pe- sados dissolvidos na água.

A drenagem ácida de rochas surge devido à água, por exemplo, sob a forma de chuva ou neve, que verte por um sumidouro que surge du- 20 rante uma mineração. Quando o solo ou um material transportado, por e- xemplo, em um sumidouro sobrecarregado, entra em contato com a água, por exemplo, com a água da chuva ou com uma água de degelo, ou com o ar, em particular, com o oxigênio, reações químicas acontecem, cuja conse- qüência, em última instância, será a geração de ácido sulfúrico. O ácido sul- 25 fúrico, quando escorre pelo solo ou de um material transportado, libera os metais pesados do solo ou do material transportado vazado. Através de dre- nagens ou canais naturais, a solução acídica contendo metal pesado, via de regra, é coletada em um sumidouro natural ou corre, não purificado, para um rio.

A água contaminada com íons sulfato ou com metais pesados

geralmente tem um efeito tóxico sobre os organismos vivos. Torna-se, por- tanto, necessário e conveniente remover os íons sulfato ou os íons de me- tais pesados de uma solução aquosa.

O objeto sobre o qual a presente invenção atém-se é prover um aparelho e um processo por meio do qual torna-se possível a purificação de uma água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados, com 5 uma boa relação custo/benefício e, em termos técnicos, de uma forma relati- vamente simples.

A parte do objeto da presente invenção que refere-se ao proces- so é obtida por meio de um processo para purificação de água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados, a água sendo coletada em um reservatório de água, e uma substância tendo uma ação básica na água que é suprida para o reservatório de água de tal modo que uma substância de precipitação tendo íons de metais pesados precipite-se para fora da água, pelo menos uma quantidade parcial da água sendo extraída do reservatório de água e separada em uma água limpa, essencialmente livre de íons sulfa- to ou de íons de metais pesados, e em uma água suja, enriquecida com íons sulfato e íons de metais pesados, a água suja sendo pelo menos parcial- mente recirculada para o reservatório de água de modo que uma concentra- ção de íons sulfato na água de reservatório seja atingida, e de modo que uma substância de precipitação com íons sulfato se precipite para fora da água.

Entenda-se "reservatório de água", dentro do escopo do presen- te pedido, como um receptáculo natural e/ou artificial juntamente com a água presente no receptáculo.

O processo, de acordo com a presente invenção, pode ser usado de uma 25 maneira particularmente vantajosa nas águas residuais que ocorrem durante a exploração de matérias-primas em minas, particularmente em um solo contendo enxofre. No entanto, o processo, de acordo com a presente inven- ção, não fica limitado a tal pedido. Ao contrário, o presente processo pode ser usado, em geral, para o tratamento de água quando íons de metais pe- 30 sados e/e íons sulfato se encontram presentes na água.

No processo, a substância de ação básica na água é suprida para a água contaminada a fim de aumentar o pH da água do reservatório de água. Com o pH modificado na água, e, em particular, com a remoção dos íons oxônio da água, haverá o deslocamento do equilíbrio químico dos íons de metais pesados e dos íons hidróxido dissolvidos na água contami- nada. O deslocamento do equilíbrio químico pelo suprimento da substância 5 de ação básica na água, ou seja, um doador de íon hidróxido ou um receptor de próton, propicia a precipitação de um composto tendo íons de metais pe- sados, normalmente um composto hidróxido de metais pesados.

A concentração de íons de metais pesados dissolvidos na água contaminada é pequena devido à precipitação da substância de precipitação 10 tendo íons de metais pesados. A substância de precipitação contendo íons de metais pesados normalmente afunda e, via de regra, assenta-se em um limite, por exemplo, no fundo, do reservatório de água. De preferência, a substância de ação básica na água é suprida continuamente para o reserva- tório de água.

Vantajosamente, uma quantidade parcial da água é extraída do

reservatório de água já apresentando uma concentração reduzida de íons de metais pesados, esta redução ocorrendo em função da reação de precipita- ção acima mencionada. A quantidade parcial de água extraída é separada em água limpa, essencialmente isenta de íons sulfato e de íons de metais 20 pesados, e em água suja, enriquecida com íons sulfato e íons de metais pe- sados. Esta separação é feita, via de regra, por meio de um dispositivo de filtro próprio para este propósito.

Após a filtragem da quantidade parcial de água em água limpa e água suja, a água suja recircula novamente para o reservatório de água. A- 25 lém disso, o suprimento da substância de ação básica na água ocorre, de preferência, em paralelo na água. Devido ao aumento da concentração de íons sulfato na água suja, em comparação à concentração de íons sulfato na quantidade parcial de água originalmente extraída do reservatório de água, a recirculação da água suja para dentro do reservatório de água conduz a um 30 aumento geralmente contínuo da concentração de íons sulfato no reservató- rio de água.

Devido à extração da água, com vantagem feita de forma contí- nua, e à subsequente filtragem da quantidade parcial de água em água lim- pa e água suja, a concentração de íons sulfato aumenta acima de um limite de solubilidade e, em combinação com os íons presentes na solução, por exemplo, os íons de cálcio, e quando apropriado os íons de metais pesados 5 também começam a precipitar-se como um composto sulfato e a assentar-se no limite do reservatório de água, ou seja, do receptáculo. Consequentemen- te, ocorre uma mistura de substância de precipitação tendo íons de metais pesados e de substância de precipitação tendo íons sulfato no fundo do re- servatório de água. Neste caso, será vantajoso que nenhuma outra substân- 10 cia excedendo a mencionada quantidade seja requerida para a precipitação dos íons de metais pesados e/ou dos íons sulfato fora da água contaminada. Isto deve-se ao fato de que a quantidade de sedimentos que ocorre é manti- da, assim, tão baixa quanto possível.

A água limpa obtida durante a filtragem poderá, por exemplo, ser ainda utilizada, por exemplo, como uma água de processo ou coisa do gêne- ro, ou ser introduzida em um rio.

O processo de acordo com a presente invenção, portanto, ga- rante a mistura de uma substância de precipitação contendo íons de metais pesados e uma substância de precipitação tendo íons sulfato. A substância 20 de precipitação depositada no reservatório de água é geralmente designada como sedimento ou escória. O sedimento que ocorre, via de regra, não po- derá reutilizado. No entanto, estes sedimentos poderão ser, de preferência, desidratados ou dessecados de modo que o seu armazenamento final seja simplificado. Em casos específicos, é possível a utilização de um sedimento 25 tendo íons sulfato e íons de metais pesados, por exemplo, na indústria de concreto ou como um material básico para a produção de ácido sulfúrico.

Em uma modalidade vantajosa da presente invenção, a água e a substância suprida para a água e tendo uma ação básica na água são mistu- radas, de preferência, ativamente. Esta mistura resulta em uma distribuição 30 aperfeiçoada da substância de ação básica e, consequentemente, em uma taxa de reação maior da reação de precipitação dos íons de metais pesados a partir da solução aquosa. A mistura da água com a substância suprida tendo uma ação básica pode ser feita, por exemplo, por meio de um disposi- tivo de mistura, por exemplo, o suprimento da substância de ação básica na água pode também ser projetado de tal modo que a mistura seja feita es- sencialmente pelo suprimento da substância de ação básica na água, por 5 exemplo, devido a turbulências induzidas pelo fluxo.

Em uma outra modalidade vantajosa da presente invenção, a quantidade parcial de água é pré-filtrada durante a extração. Devido à rea- ção de precipitação dos íons de metais pesados, substâncias de precipita- ção que afundam lentamente e que normalmente não se aglomeram, tor- 10 nam-se presentes no reservatório de água. Durante a extração da água e a subsequente filtragem da água extraída em água limpa e água suja, estas substâncias de precipitação podem ter um efeito perturbador. Devido ao fato de que a quantidade parcial de água é pré-filtrada durante a extração desta quantidade parcial de água do reservatório de água, poderá evitar-se uma 15 situação na qual a substância de precipitação finamente distribuída, suspen- sa na água, passa para o dispositivo de filtro, que poderá ocasionar, ali, uma falha na ação de filtragem do dispositivo de filtro. A pré-filtragem pode ser feita, por exemplo, por meio de um elemento de microfiltragem ou por meio de uma coluna de flotação.

Em uma variante vantajosa do desenho da presente invenção, a

quantidade parcial de água é separada em água limpa e água suja por meio de uma osmose inversa e/ou por meio de uma nanofiltragem.

Tanto a osmose inversa como a nanofiltragem são processos adequados para a remoção de íons sulfato da água. Enquanto a osmose 25 inversa utiliza diferenças de concentração entre dois volumes parciais sepa- rados por uma membrana a fim de realizar a filtragem dos íons, a nanofiltra- gem provê uma membrana através da qual os íons a serem filtrados não poderão passar devido ao seu tamanho.

Em outra variante de desenho vantajosa da presente invenção, a substância tendo uma ação básica na água é um composto hidróxido. Em particular, o hidróxido de sódio ou ainda o hidróxido de cálcio poderão ser usados. Estes podem ser supridos ao reservatório de água em uma forma dissolvida ou em uma forma sólida. Em particular, o hidróxido de cálcio ou o leite de cal encontra-se disponível em grandes quantidades e tem uma boa relação custo/benefício.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, a substân- 5 cia de precipitação é coletada em uma região de coleta do reservatório de água. A substância de precipitação, isto é, a substância de precipitação ten- do íons de metais pesados ou a substância de precipitação tendo íons sulfa- to, é coletada um local adequado no reservatório de água. Isto poderá ser feito, por exemplo, por um dispositivo de coleta. Ainda, por exemplo, o con- 10 torno de fundo do reservatório de água pode ter uma configuração em forma de funil, de modo que, no processo da sedimentação da substância de pre- cipitação, ocorra um acúmulo da substância de precipitação em uma região de coleta provida para este fim, por exemplo, em um funil. O dispositivo de coleta poderá, por exemplo, ser configurado ainda de tal modo que, em fun- 15 ção de um perfil de fluxo específico estipulado dentro do reservatório de á- gua, um acúmulo da substância de precipitação ocorra em uma região espe- cífica do reservatório de água.

Em uma modalidade vantajosa da presente invenção, a subs- tância de precipitação é descarregada continuamente do reservatório de á-

► 20 gua. Particularmente quando o processo de acordo com a presente invenção é executado continuamente, uma precipitação contínua da substância de precipitação também ocorrerá no reservatório de água. O resultado disto é que o receptáculo de reservatório de água, de tempo em tempo, fica cheio de sedimentos. A fim de evitar o deslocamento da água provocado pelos 25 sedimentos, e, por exemplo, um vazamento da água do reservatório de á- gua, é necessário que os sedimentos sejam removidos do reservatório de água. Uma remoção dos sedimentos do reservatório de água pode, com vantagem, ser combinada com uma subsequente remoção de água dos se- dimentos.

30 Esta parte do objeto da presente invenção que refere-se ao apa-

relho é obtida por meio de um aparelho para a purificação de uma água con- taminada com íons sulfato e íons de metais pesados que é provida para um reservatório de água em um receptáculo, com um dispositivo para o supri- mento da substância de ação básica na água para uma região de mistura do reservatório de água, com um dispositivo para a extração da água do reser- vatório de água, e com um dispositivo de filtro para a filtragem da água ex- 5 traída em água limpa, essencialmente isenta de íons sulfato e íons de metais pesados, e água suja, enriquecida com íons sulfato e íons de metais pesa- dos, a água suja sendo recirculável para o reservatório de água.

Por meio de um aparelho de acordo com a presente invenção, a água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados poderá ser purificada de uma maneira simples e econômica, a massa ou volume de substância de precipitação ocorrente ou precipitada sendo mantida tão baixa quanto possível.

Em uma modalidade vantajosa do aparelho de acordo com a presente invenção, a extração da água ocorre na região de extração de água 15 do receptáculo e uma misturação acontece na região de mistura do receptá- culo, sendo pequena a mistura entre a água da região de extração de água e a água da região de mistura. A região de mistura, na qual a substância que atua basicamente é suprida para a água, tem, normalmente, um movimento de água. Além disso, a reação de precipitação dos íons de metais pesados 20 que ocorre quando a substância basicamente ativa é suprida resulta na ge- ração de substâncias de precipitação insolúveis na água. Estas substâncias não são desejáveis na extração de uma quantidade parcial de água por meio de um dispositivo de extração de água para a subsequente filtragem da quantidade parcial de água.

Isto acontece porque esta substância de precipitação finamente

distribuída contida na água pode, quando extraída em conjunto durante a extração da água, resulta em uma redução da ação de filtragem, por exem- plo, no sentido de que o elemento de filtro do dispositivo de filtro fica entupi- do com a substância de precipitação. Uma vez que a misturação da água da 30 região de extração de água e da água da região de mistura é pequena, a ocorrência de um problema desta natureza poderá, em essência, ser evita- da. I 8

A redução na misturação da água da região de mistura com a água da região de extração de água pode, por exemplo, ser obtida por meio de uma blindagem estrutural da região de extração de água para a região de mistura. De maneira alternativa, por exemplo, a região de extração de água 5 e a região de mistura pode ser disposta uma com relação à outra, em parti- cular separadas entre si, de tal modo que a misturação da água da região de extração de água com a água da região de mistura seja igualmente reduzi- da.

Tal medida no sentido da redução da mistura da água da região 10 de mistura e da água da região de extração pode, com vantagem, ser com- binada com um dispositivo de mistura para uma misturação entre a substân- cia de ação básica na água com água. O dispositivo de mistura promove a distribuição da substância que atua basicamente suprida para a água e, des- ta forma, aumenta a taxa de reação da reação de precipitação. O dispositivo 15 de mistura pode, por exemplo, ser projetado como uma bomba de circula- ção. Ao mesmo tempo, não se interfere com a extração da água ou a extra- ção é dificultada somente até certo ponto.

Em uma modalidade vantajosa do aparelho de acordo com a presente invenção, o dispositivo de extração de água tem pelo menos um elemento de microfiltragem e/ou pelo menos uma coluna de flotação. O um elemento de microfiltragem ou uma pluralidade de elementos de microfiltra- gem filtra a água, durante a extração de uma quantidade parcial de água, na faixa de apenas alguns micrômetros ou mais, por exemplo, no sentido de que a substância de precipitação precipitada presente na água seja contida por poros de um tamanho correspondente. Em uma célula de flotação, a substância de precipitação presente na água sobrenada por meio de peque- nas bolhas de gás, com o resultado de que uma pré-filtragem da água extra- ída é da mesma forma obtida. Uma célula de flotação normalmente faz parte do dispositivo de extração de água no qual a água extraída é pré-filtrada e precede o dispositivo de filtro.

De preferência, o dispositivo de extração de água compreende uma pluralidade de elementos de microfiltragem providos como redundân- cias e pode ser usado quando ocorre um entupimento de um elemento de microfiltragem por meio do qual a água é extraída.

Em uma modalidade preferida do aparelho de acordo com a pre- sente invenção, o dispositivo de filtro compreende pelo menos um estágio de 5 nanofiltragem e/ou pelo menos um filtro de osmose inversa. Estes elementos de filtro têm um comportamento conhecido durante a operação, adequado para a execução de uma filtragem de água contaminada com íons sulfato e/ou com íons de metais pesados em uma água limpa e uma água suja.

Em uma variante de desenho vantajosa do aparelho de acordo 10 com a presente invenção, é provido um dispositivo de limpeza para uma membrana do dispositivo de filtro e/ou para o dispositivo de extração de á- gua, a limpeza da membrana podendo ser feita por meio de um campo mag- nético. Para este fim, é provido um dispositivo para a geração de um campo magnético, cujo campo magnético penetra, por exemplo, através de uma 15 membrana do dispositivo de filtro ou de um dispositivo de extração de água de tal forma que os íons sulfato filtrados ou a serem filtrados pela membrana e localizados próximos à membrana experimentem uma força resultante da membrana, e a quantidade de força é tão grande que os íons filtrados se movimentam para fora da membrana.

Em uma modalidade vantajosa do aparelho de acordo com a

presente invenção, o receptáculo tem uma região de coleta para a coleta de uma substância de precipitação tendo íons de sulfato e/e íons de metais pe- sados. Isto facilita, por exemplo, a limpeza subsequente da substância de precipitação coletada na região de coleta. Isto dá-se porque a substância de 25 precipitação, deste modo, concentra-se localmente e não é distribuída para dentro do reservatório de água.

Uma região de coleta pode ser possível, por exemplo, por meio de uma medida estrutural adequada, por exemplo, um fundo em forma de funil do receptáculo, ou ao influenciar um perfil de fluxo no reservatório de 30 água. A definição de um perfil específico de fluxo poderá também ser utiliza- da no sentido de gerar um acúmulo de substância de precipitação em uma região específica do receptáculo. A fim de vazar ou descarregar a substância de precipitação cole- tada na região de coleta, pode ser provido um dispositivo de descarga. O dispositivo de descarga pode ser desenhado, por exemplo, como uma draga, aparelho a vácuo, ou bomba. O dispositivo de descarga é de preferência 5 operado de tal modo que a descarga da substância de precipitação ocorra de maneira contínua. Outrossim, a descarga da substância de precipitação precipitada poderá ocorrer a intervalos de tempo específicos.

O aparelho de acordo com a presente invenção compreende, um dispositivo de remoção de água, por meio do qual a substância de precipita- 10 ção descarregada poderá ser dessecada. Em particular, o dispositivo de re- moção de água pode ser projetado como uma prensa de filtro, um filtro de banda ou um dispositivo de aquecimento. Uma remoção de água de uma substância de precipitação descarregada ou expelida diminui o volume da substância de precipitação, uma vez que a água é direcionada para fora da 15 substância de precipitação carregada de água e descarregada para fora do reservatório de água. Além disso, o armazenamento final da substância de precipitação tendo íons de metal pesados ou tendo íons sulfato é feito mais facilmente por meio da remoção de água.

Em uma modalidade preferida do aparelho de acordo com a pre- 20 sente invenção, o receptáculo no qual o reservatório de água é provido é um tanque de coleta. O tanque de coleta pode, por um lado, ser um sumidouro natural no qual a água acumula-se. Por outro lado, ele poderá ser um tanque de coleta provido artificialmente, projetado com a finalidade de coleta de á- gua, em particular, águas residuais. No que diz respeito a um sumidouro na- 25 tural, o termo "barragem de rejeitos" é normalmente adotado.

Em uma modalidade alternativa do aparelho de acordo com a presente invenção, o receptáculo é um vaso de purificação. Ou seja, a purifi- cação da água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados o- corre no que se conhece como um reator de cristalização no qual a substân- 30 cia de precipitação se precipita. Neste caso, portanto, o reservatório de água é provido, por exemplo, em um vaso de purificação do reator de cristalização para a execução do processo. Outras vantagens da presente invenção podem ser reunidas a partir das modalidades exemplares diagramaticamente ilustradas e explica- das em mais detalhes com referência aos seguintes desenhos, nos quais: * A figura 1 mostra um sumidouro natural com um aparelho de 5 acordo com a presente invenção para a execução do processo de acordo com a presente invenção;

A Fricção 2 mostra um aparelho de acordo com a presente in- venção, desenhado como um reator de cristalização para a execução do processo de acordo com a presente invenção;

A figura 3 mostra um fluxograma que ilustra uma seqüência pos-

sível do processo de acordo com a presente invenção;

A figura 1 mostra um reservatório de água W. O reservatório de água W tem uma água H contaminada com íons de metais pesados e com íons sulfato e provida em um receptáculo 1 envolvido pelo reservatório de 15 água W. Na figura 1, o receptáculo 1 é da forma de um sumidouro natural. No presente caso, o reservatório de água W é uma barragem de rejeitos que pode ser atribuída a uma mina, por exemplo, para a exploração de materiais- primas metálicas.

A fim de tornar possível purificar a água H contaminada com í- 20 ons de metais pesados ou com íons sulfato por meio da remoção dos íons de metais pesados ou dos íons sulfato, é provido um dispositivo de supri- mento 2, por meio do qual uma substância B tendo uma ação básica na á- gua - na figura 1, uma água de cal, Ca(OH)2(aq) - pode ser suprida para a água contaminada H do sumidouro 1.

A introdução de água de cal B na água H contaminada com íons

de metais pesados e com íons sulfato resulta em um aumento do pH, uma vez que íons hidróxidos são supridos à água. O suprimento de íons hidróxido resulta em um deslocamento do equilíbrio químico para os íons de metais pesados dissolvidos na água e seus possíveis sais. O deslocamento do e- 30 quilíbrio químico por meio do suprimento da substância B tendo uma ação básica na água poderá originar uma reação de precipitação dos íons de me- tais pesados. Os íons de metais pesados dissolvidos na água contaminada H são precipitados para fora da água contaminada como uma substância de precipitação F, frequentemente designada também como precipitado. Na presente invenção, a substância de precipitação F é com frequência um composto hidróxido de metal pesado.

A região do reservatório de água W na qual ocorre uma mistura

entre a água de cal B suprida para a água contaminada Hea água contami- nada H é designada como a região de mistura MB. A precipitação da subs- tância de precipitação F tendo íons de metais pesados ocorre, particular- mente, na região de mistura MB. A substância de precipitação F precipitada 10 na região de mistura MB, neste caso, de modo geral, quando nenhuma água flui em oposição ao afundamento da substância de precipitação F, afunda para o fundo do sumidouro 1 e ali acumula-SE em uma região de coleta SB. O termo "região de coleta SB" pode ser entendido como abrangendo todas as regiões possíveis nas quais ou sobre as quais a substância de precipita- 15 ção precipitada F se assenta ou é sedimentada.

A fim de remover os íons sulfato da água H contaminada com íons de metais pesados ou com íons sulfato, é provido um dispositivo de ex- tração de água 3, compreendendo os elementos de microfiltragem 4. O dis- positivo de extração de água 3 fica disposto em uma região de extração de 20 água EB. Os elementos de microfiltragem 4 servem para pré-filtrar a água H extraída do reservatório de água W. Em particular, a água extraída F é puri- ficada da substância de precipitação F suspensa na água H. De maneira alternativa ou adicionalmente, uma célula de flotação, não-ilustrada, que se segue à extração da água, poderá ser provida para a pré-filtragem da água 25 extraída H.

A água H extraída por meio do dispositivo de extração de água 3 é suprida para um dispositivo de filtro 5. Na figura 1, o dispositivo de filtro 5 compreende um filtro de osmose inversa 7. Por meio do filtro de osmose in- versa 7, a água extraída do reservatório de água W é separada em água 30 limpa R e água suja S. A água limpa R é essencialmente isenta de íons sul- fato e de íons de metais pesados. Em contrapartida, a água suja S é enri- quecida com íons de metais pesados e com íons sulfato. Por meio de um dispositivo de recirculação 12, a água suja S é conduzida a partir do dispositivo de filtro 5 novamente para o reservatório de água W. De maneira alternativa, um dispositivo de recirculação 12 poderá ser descartado, uma vez que, por exemplo, o dispositivo de filtro 5 fica dis- 5 posto acima do reservatório de água W, e a água suja é, por sua vez, por exemplo, recirculada do dispositivo de filtro 5 para o reservatório de água W, sem a provisão de um dispositivo de guia fisicamente presente para a água suja S.

A água suja S é de preferência introduzida na região de mistura MB na qual a água de cal B é também introduzida para a precipitação dos íons de metais pesados.

Os íons sulfato contidos na água suja S provocam uma elevação na concentração dos íons sulfato no reservatório de água W em função da água suja S que é recirculada para o reservatório de água W. A concentra- 15 ção de íons sulfato aumenta em função da recirculação da água suja S para o reservatório de água W até que ocorra uma precipitação de uma substân- cia de precipitação F contendo íons sulfato. A substância de precipitação F contendo íons sulfato, via de regra, submerge até o fundo da barragem de rejeitos 1. Deste modo, ocorre uma entremistura da substância de precipita- 20 ção F contendo íons sulfato e íons de metais pesados no fundo da barragem de rejeitos.

A fim de impedir um crescente enchimento do reservatório de água W ou do sumidouro 1 com a substância de precipitação precipitada e acumulada F, é provido um dispositivo de descarga 13, desenhado na figura 25 1 como uma draga. A draga 13 é, de preferência, configurada de tal modo que se torne possível uma descarga contínua da substância de precipitação precipitada F. De maneira alternativa, este dispositivo de descarga poderá ser também, por exemplo, uma draga de alcatruzes que não cava continua- mente e, por exemplo, após a drenagem do reservatório de água W, retira a 30 substância de precipitação F que se assentou no sumidouro 1.

Em seguida, a substância de precipitação F descarregada por meio da draga 13 é transportada para uma correia transportadora 14 que transporta a substância de precipitação F carregada de água contaminada para um dispositivo de remoção de água 10.

No dispositivo de remoção de água 10, desenhado na figura 1 como uma prensa de filtro, ocorre a remoção de água da substância de pre- 5 cipitação F descarregada a partir do reservatório de água W ou da barragem de rejeitos. Após a remoção de água da substância de precipitação F, é nor- malmente provido um armazenamento final do sedimento dessecado.

A água contaminada que ocorre, quando apropriado, durante a remoção de água da substância de precipitação F carregada de água poderá ser suprida novamente para o reservatório de água W para purificação.

O aparelho mostrado na figura 1 é particularmente adequado para a purificação de grandes volumes de água. O aparelho de purificação mostrado na figura 1 é de preferência operado continuamente. Isto deve-se ao fato da água contaminada H ser constantemente suprida mais uma vez 15 para a barragem de rejeitos ou para o reservatório de água W por meio dos influxos naturais - chuva, água de degelo ou coisa do gênero. É, portanto, conveniente prover-se uma operação contínua do aparelho mostrado na fi- gura 1.

A figura 2 mostra um reator de recristalização para a purificação 20 da água H contaminada com íons de metais pesados e com íons sulfato. Para este fim, a água contaminada H é suprida através de um dispositivo de suprimento 2' para o receptáculo 1', designado como um vaso de purifica- ção, do reator de recristalização, e pode ser extraída, por exemplo, de uma barragem de rejeitos. O vaso de purificação 1', juntamente com a água con- 25 taminada H contida no mesmo, forma um reservatório de água W.

Além disso, é provido um dispositivo de suprimento 2 para o su- primento de uma substância B tendo uma ação básica na água - água de cal na figura 2 - para a água contaminada H localizada no vaso de purifica- ção 1'. A região na qual a água de cal B é misturada com a água contamina- 30 da H localizada no reator de recristalização é designada como a região de mistura MB.

A fim de melhorar a mistura entre a água contaminada H e a á- gua de cal B, é provido um dispositivo de mistura 8 designado como uma bomba de circulação de acordo com a figura 2. A bomba de circulação 8 faz a mistura da água de cal B com a água contaminada H por meio da geração de um fluxo turbulento pelo menos em uma região parcial do reservatório de água W, em particular na região de mistura MB.

O suprimento da água de cal B na água contaminada H localiza- da no vaso de purificação V provoca o aumento do pH da água contaminada

H. Devido à elevação do pH e ao deslocamento associado do equilíbrio quí- mico para os íons de metais pesados, e seus sais possíveis que se encon- 10 tram presentes, dissolvidos, na água contaminada, juntamente com os mate- riais de partida presentes na água contaminada, uma substância de precipi- tação F é precipitada. A substância de precipitação F é, via de regra, um composto hidróxido de metal pesado e gesso, CaSO4. A substância de pre- cipitação F submerge para o fundo do vaso de purificação 1', de acordo com 15 a figura 2.

A fim de melhorar a coleta da substância de precipitação, o fun- do do vaso de purificação 1' é de um desenho em forma de funil, de acordo com a figura 2. Esta é designada, na figura 2, como a região de coleta SB, uma vez que a substância de precipitação F preferencialmente se acumula no funil do vaso de purificação 1'.

O vaso de purificação 1' tem, além da região de mistura MB e da região de coleta SB, uma região de extração de água EB. A região de extra- ção de água EB é separada da região de mistura MB por um dispositivo de separação 11.0 dispositivo de extração de água 3 é disposto na região de 25 extração de água EB. O dispositivo de extração de água 3 compreende uma pluralidade de elementos de microfiltragem 4 que, durante a extração da á- gua, realizam uma pré-filtragem da água contaminada H. Em particular, as partículas suspensas, por exemplo, a substância de precipitação F suspensa na água contaminada H,são selecionadas durante a extração da água.

A vida útil dos elementos de microfiltragem 4 é aumentada com

o dispositivo de separação 11, uma vez que a concentração de substância de precipitação suspensa F na região de extração EB diminui, em compara- ção à ausência de um dispositivo de separação 11. Sendo assim, a taxa de entupimento dos elementos de microfiltragem 4 torna-se menor. Os tempos de manutenção e os custos de manutenção do dispositivo de extração de água 3, consequentemente, caem.

5 A água extraída contaminada H é suprida a partir do dispositivo

de extração de água 3 para um dispositivo de filtro 5. Por meio de um está- gio de nanofiltragem 6 envolvido pelo dispositivo de filtro 5, a água contami- nada e extraída H é separada em água limpa R e água suja S. A água limpa R é essencialmente isenta de íons de sulfato e de íons de metais pesados. 10 Em contrapartida, a água suja R é enriquecida com íons sulfato e íons de metais pesados. O enriquecimento ou o esgotamento de íons pode ser de- terminado como a razão da concentração dos respectivos íons na água lim- pa ou água suja e dos respectivos íons na água suprida para o dispositivo de filtro 5.

Por meio de um dispositivo de recirculação 12, a água suja S é

direcionada para fora do dispositivo de filtro 5 de volta para o reservatório de água W. Com a água suja S sendo recirculada para o reservatório de água W1 ocorrerá, predominantemente, um aumento da concentração de íons sul- fato no reservatório de água W, especialmente em um aparelho de acordo 20 com a figura 2, um aumento da concentração de íons sulfato na região de mistura MB. O aumento local de concentração de íons a serem precipitados é vantajoso, uma vez que a substância de precipitação tendo íons sulfato e a substância de precipitação tendo íons de metais pesados acumulam-se es- sencialmente na mesma região de coleta SB.

De maneira alternativa, no entanto, a água suja S poderá, por

exemplo, ser também suprida na região de extração de água EB. O influxo de água suja S na região de extração de água EB do reservatório de água W pode, neste caso, ser configurado de tal maneira que as partículas suspen- sas na água contaminada H mantenham-se fora dos elementos de microfil- 30 tragem 4 por um período de tempo maior. Isto acontecerá, por exemplo, ao adaptar as condições de fluxo.

O suprimento contínuo de água suja S enriquecida com íons sul- fato para a região de mistura MB resulta na ultrapassagem do limite de solu- bilidade dos íons sulfato presentes na água e em seus sais possíveis a partir dos materiais de partida presentes na água contaminada.

Via de regra, a substância de precipitação F compreenderá sul- fato de cálcio, sulfato de potássio, se apropriado também sulfato de metal pesado, e será coletada ao afundar-se na região de coleta em forma de funil SB do vaso de purificação 1'.

A fim de impedir que o vaso de purificação 1' encha-se com uma substância de precipitação precipitada F, é provido um dispositivo de des- 10 carga, designado como um aparelho de vácuo, de acordo com a figura 2. O aparelho de vácuo 13' periodicamente ou de uma forma contínua aspira a substância de precipitação F que fica acumulada na região de coleta SB do vaso de purificação 1'. A substância de precipitação F aspirada é em segui- da suprida para um dispositivo de remoção de água 10 que desseca a subs- 15 tância de precipitação carregada de água F. A água contaminada que, quando apropriado, neste caso ocorre, poderá ser novamente suprida para o vaso de purificação 1'.

A água limpa R que pode ser gerada por meio dos aparelhos de limpeza mostrados na figura 1 e na figura 2 tem um grau de pureza que pos- sibilita a introdução de água limpa em um corpo de água, por exemplo, sem infligir nenhuma das normas ambientais. De maneira alternativa, poderá ser provida qualquer outra utilização desejada de água limpa.

Se apropriado, o vaso de purificação V pode ser também desig- nado com um volume muito pequeno, por exemplo, como um reator de mi- cro-reação, de modo que o processo de acordo com a presente invenção possa também ser empregado em uma engenharia de processo, em particu- lar em uma microengenharia de processo.

O dispositivo de filtro 5, que utiliza um estágio de nanofiltragem 6 a fim de separar a água contaminada H extraída do vaso de purificação 1' em água suja S e água limpa R, tem um dispositivo de limpeza 9. Este dis- positivo de limpeza 9 é projetado de tal modo que a permeabilidade para água limpa R de uma membrana utilizada pelo estágio de nanofiltragem 6 seja essencialmente ajustável. Em particular, a limpeza da membrana pode ocorrer por meio do dispositivo de limpeza 9.

Isto é obtido no sentido de que o dispositivo de iimpeza 9 com- preende um meio para a geração de um campo magnético. O campo mag- 5 nético gerado pelo meio provido para este fim penetra pelo estágio de nano- filtragem 9, particularmente pela membrana, e remove das proximidades da membrana ou da própria membrana os íons que devem ser filtrados pela membrana e são dispostos próximos à membrana ou que já foram filtrados pela membrana.

A figura 3 mostra um fluxograma de processo adequado para a

purificação da água contaminada com íons de metais pesados e íons sulfato. Em uma primeira etapa do processo 20, é provida uma água contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados, devendo esta ser purificada por meio do processo de acordo com a presente invenção.

A fim de precipitar ou remover os íons de metais pesados de

uma água contaminada, água de cal, leite de cal, solução de potassa cáusti- ca, solução de soda cáustica, ou de qualquer outra substância de ação bási- ca na água é primeiramente suprida para a água contaminada em uma eta- pa de processo 21. A substância que atua basicamente suprida para a água -20 é de preferência misturada com a água em uma etapa de processo 26 por um meio para misturar a água ou por um dispositivo de mistura de água.

Como um resultado desta mistura, a taxa de reação da substân- cia de ação básica na água é aumentada em função dos íons de metais pe- sados, ocorrendo uma precipitação aperfeiçoada dos íons de metais pesa- 25 dos fora da água contaminada. A mistura da substância de ação básica na água com a água contaminada pode ocorrer, por exemplo, ao agitar ou bater ou por meio da introdução adequada da substância de ação básica na água ou da água contaminada nas zonas comuns de misturação.

A água contaminada é extraída por meio de um dispositivo de extração de água em uma etapa de processo 22 de preferência em paralelo ao suprimento da substância de ação básica na água para a água contami- nada. A extração da água é de preferência acoplada a uma pré-filtragem da água contaminada em uma etapa de processo 23. A etapa de processo 22 de extração da água e a etapa de processo 23 de pré-filtragem ocorrem es- sencialmente ao mesmo tempo.

A água extraída na etapa de processo 23 é em seguida suprida 5 para um dispositivo de filtro no qual a água contaminada é separada em á- gua limpa e água suja em uma etapa de processo 24. Os conceitos conheci- dos de filtro podem ser usados a fim de separar a água contaminada em á- gua limpa e água suja. Como exemplo, podem ser mencionadas a osmose inversa e a nanofiltragem. No entanto, outros conceitos de filtro poderão ser 10 igualmente utilizados.

A água suja enriquecida com íons sulfato e, quando apropriado, com íons de metais pesados é suprida para o reservatório de água mais uma vez em uma etapa de processo 25. Isto resulta em um aumento da concentração de íons sulfato no reservatório de água. A concentração de 15 íons sulfato até uma concentração limite ainda solúvel na água é ultrapassa- da e, quando é ultrapassada, inicia-se uma reação de precipitação.

De maneira alternativa, o suprimento da substância de ação bá- sica na água para a água contaminada e a reação de precipitação assim ativada poderão ocorrer antes da extração da água da etapa de processo 20 22. Neste caso, a substância de ação básica na água é suprida em uma proporção que se torne possível inicialmente isentar de uma forma essenci- almente total os íons de metais pesados da água de reservatório.

Uma vez que os íons de metais pesados são precipitados por meio da substância de ação básica na água antes da extração da água a- 25 contecer na etapa de processo 22 e subsequente à filtragem da água, e es- sencialmente não mais havendo nenhum íon de metais pesados na etapa de processo 24, o grau de pureza da água limpa, ou seja, a concentração de íons de metais pesados na água limpa poderá, se apropriado, ser ainda mais reduzida. Via de regra, tal seqüência em série das etapas de processo acima 30 mencionadas será conveniente quando uma nova água contaminada não é suprida constantemente ou de forma contínua para um reservatório de água com água a ser purificada. As substâncias de precipitação normalmente geradas como o resultado de várias reações de precipitação de modo geral agregam-se no fundo de um receptáculo. No entanto, uma coleta ativa de substâncias de precipitação pode também ser provida em uma etapa de processo 27. A co- 5 Ieta ativa pode ocorrer, por exemplo, por meio do formato do receptáculo ou, por exemplo, por meio da geração de um perfil de fluxo adequado para a coleta das substâncias de precipitação em um local específico. Se apropria- do, um dispositivo de coleta pode ser provido, acumulando ativamente a substância de precipitação precipitada, por exemplo, um dispositivo de Iava- 10 gem ou um dispositivo de escovação.

Em uma etapa de processo 28, a substância precipitada coleta- da é em seguida descarregada do receptáculo e em seguida dessecada em uma etapa de processo 29. A substância de precipitação dessecada poderá ser finalmente armazenada em uma mina totalmente paralisada.

15 De preferência, o processo com as etapas de processo especifi-

cadas, particularmente com relação à purificação das águas residuais de uma mina, é executado de maneira contínua. Em outras palavras, a libera- ção de uma substância de ação básica na água em uma água contaminada, a descarga de uma substância de precipitação precipitada para fora de uma ' - 20 região de coleta e a extração da água e ainda uma filtragem subsequente ocorrem em paralelo. Sendo assim, portanto, uma grande proporção de á- gua contaminada poderá ser purificada.

Claims

1. Processo para a purificação de uma água (H) contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados, a água (H) sendo coletada (20) em um reservatório de água (W), e uma substância (B) tendo uma ação bá- sica na água (H) sendo suprida (21) para o reservatório de água (W) de tal modo que uma substância de precipitação tendo íons de metais pesados seja precipitada para fora da água (H), - pelo menos uma quantidade parcial de água sendo extraída (22) do reservatório de água e separada (24) em água limpa (R), essencial- mente isenta de íons sulfato e íons de metais pesados, e água suja (S), en- riquecida com íons sulfato e íons de metais pesados, e - a água suja (S) sendo pelo menos parcialmente recirculada (25) para o reservatório de água (W), com o resultado de uma concentração de íons sulfato no reservatório de água ser obtida, de modo que a substân- cia de precipitação tendo íons sulfato se precipite para fora da água.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- lo fato de que a água (H) e a substância de ação básica (B) suprida são mis- turadas entre si (26).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que a quantidade parcial de água é pré-filtrada (23) durante uma extração.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a quantidade parcial de água é separada (24) em água limpa (R) e água suja (S) por meio de uma osmose inversa e/ou por meio de nanofiltragem.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a substância (B) de ação básica na água (H) é um composto hidróxido.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a substância de precipitação (F) é coleta- da (27) em uma região de coleta (SB) do reservatório de água (W).

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a substância de precipitação (F) é des- carregada (28) continuamente do reservatório de água (W).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pe- lo fato de que a substância de precipitação descarregada (F) é dessecada (29).

9. Aparelho para a purificação de uma água (H) contaminada com íons sulfato e íons de metais pesados e provida como um reservatório de água (W) em um receptáculo (1, 1'), com um dispositivo (2) para o supri- mento de uma substância (B) tendo uma ação básica na água para uma re- gião de mistura (MB) do reservatório de água (W)1 e com um dispositivo (3, 4) para a extração de água (H) do reservatório de água (W)1 e com um dis- positivo de filtro (5) para filtrar a água extraída (H) em água limpa (R)1 es- sencialmente isenta de íons sulfato e íons de metais pesados, e água suja (S) enriquecida com íons sulfato e íons de metais pesados, a água suja (S) sendo recirculável para o reservatório de água (W).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a extração de água ocorre em uma região de extração (EB) do reservatório de água (W) e a mistura da substância de ação básica na água (H) com a água (H) ocorre na região de mistura (MB) do reservatório de água (EB), a mistura da água (H) da região de extração (EB) com a água (H) da região de mistura (MB) sendo reduzida.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri- zado pelo fato de que um dispositivo (8) para a mistura da substância (B) de ação básica na água (H) com a água (H) é provido.

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de extração de água (3) tem pelo menos um elemento de microfiltragem (4) e/ou pelo menos uma célula de flotação.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de filtro (5) compreende pelo menos um estágio de nanofiltragem (6) e/ou pelo menos um filtro de osmose inversa (7).

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de filtro (5) e/ou o dispositi- vo de extração de água (3) tem/têm uma membrana permeável para a água limpa (R), um dispositivo de limpeza (9) para a membrana sendo provido, uma limpeza da membrana sendo capaz de ocorrer por meio de um campo magnético.

15. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que o receptáculo (1, 1') tem uma região de coleta (SB) para a coleta da substância de precipitação (F) tendo íons sulfato e/ou íons de metais pesados.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a substância de precipitação (F) coletada na região de cole- ta (SB) pode ser descarregada por meio de um dispositivo de descarga (13).

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a substância de precipitação descarregada (F) pode ser dessecada por meio de um dispositivo de remoção de água (10).

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de remoção de água (10) é projetado como uma prensa de filtro e/ou como um filtro de banda.

19. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 18, caracterizado pelo fato de que o receptáculo (1, 1') é um tanque de coleta (1).

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 18, caracterizado pelo fato de que o receptáculo (1, 1') é um vaso de puri- ficação(1').