BR0209003B1 - mÉtodo e sistema de tratamento de Água. - Google Patents
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"MÉTODO E SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA"
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOA presente invenção refere-se a sistemas e método paramelhorar a qualidade da água, e, mais particularmente, a sistemas e métodospara biocorreção da água com uma colônia de algas fixas, e, maisparticularmente, ao tratamento de água contra toxinas, microorganismos eoutros poluentes indesejados da água junto com uma colônia de algas fixas.
Algas consistem de um grupo de plantas comaproximadamente 18.000 espécies, cujos nutrientes primários incluemcarbono, nitrogênio e fósforo, bem como um conjunto de micronutrientesessenciais ao crescimento da planta.
A remoção de contaminantes de água residual e de lençóisfreáticos se tornou um problema importante na restauração do equilíbrio ecológico a áreas poluídas. Sabe-se que algumas espécies de alga são capazesde absorver metais pesados em suas paredes celulares, reduzindo, assim, seusefeitos tóxicos no ambiente. Algas podem também absorver nutrientes emicronutrientes que podem estar em superabundância, como fósforo,potássio, nitrogênio, ferro, alumínio e cálcio, e podem ser assim utilizadas para corrigir um ecossistema. Tal correção pode ocorrer quando água fluisobre algas estacionárias, absorvendo assim dióxido de carbono e liberandooxigênio no processo, em resultado de respiração e fotossíntese. Além disso, aágua passando sobre o PF experimenta um aumento de pH devido à remoçãode carbono. A filtração pode ocorrer através de adsorção, absorção, capturafísica e outros meios mais complexos.
Um sistema usado para efetuar esta remoção é conhecidocomo um filtro para perifíton; o perifíton consiste de uma cultura de umafamília de plantas aquáticas de água fresca, água salobra, e/ou água salgada,conhecidas como microalgas fixas. Elas formam, diferentemente deorganismos como plâncton de flutuação livre, bentos ou algas fixas, umacomunidade estacionária de epífitos que é capaz de crescer em váriassuperfícies. Quando ocorrem no caminho da água corrente, as algasestacionárias removem nutrientes e outros compostos da mesma, enquantoabsorvem CO2 e liberam O2 em resultado de respiração e fotossíntese. Umavez que uma colônia é estabelecida, raízes ou órgãos de fixação cobrem asuperfície da cultura. Se os corpos das plantas são colhidos, deixando asraízes para trás, os nutrientes e outros poluentes contidos nos corpos dasplantas são removidos da água causando um efeito de fíltração natural.
Uma outra vantagem desta técnica é que as algas enriquecidaspodem ser colhidas e usadas como peixe ou ração animal, o que serve pararetornar os nutrientes para a cadeia alimentar.
Filtros para perifíton (PF) possuem potencial para uso emvárias aplicações. Por exemplo, a turfa pode ser usada para substituir filtrosbiológicos ou bacteriológicos em aquários. Como mencionado, perifítonnatural pode ser usado para remover nutrientes e outros contaminantes deáguas poluídas. Além disso, com a colheita da massa de alga, vários processospodem ser usados para produzir uma fonte de energia tipo biomassa comometano ou etanol, fertilizante, um aditivo ou suplemento para alimentohumano ou animal, cosméticos ou produtos farmacêuticos.
A alta produtividade das algas em forma fibrosa tem tambémproporcionado usos na indústria de papel e produtos de papel, já que as algascolhidas são mais fortes e mais fáceis de processar do que fibra de madeira.Esta capacidade resultou em um método sustentável de gerenciar o impactohumano em ecossistemas aquáticos.
Filtros para perifíton se comportam diferentemente na água deacordo com a variação de local, processo de formação das espécies,características químicas e outros parâmetros. Experiência ín situ tem, emalguns casos resultado em produtividade fraca ou deficiente devido a baixasconcentrações de nutrientes disponíveis. Foi mostrado que se uma fração dosnutrientes primários não está disponível, então os filtros para perifíton lutampara desenvolver a massa crítica necessária para promover uma precipitaçãosubstancial e capacidade de captura física e características de filtração co-corrente. Em particular, a presença de microinvertebrados e seus ovos podecomprometer o sucesso de um sistema de filtração para perifíton, peloconsumo de perifíton desejável e por comerem a raiz ou órgão de fixação dofilamento de alga.
Cianobactérias tóxicas constituem um conjuntoparticularmente formidável de desafios de filtração pois as toxinas são muitopersistentes no ambiente e podem existir tanto no interior quanto no exteriorda célula da alga. E conhecido o método de tratar água contendo toxina comozônio por causa de seu efeito fortemente oxidante quando misturado naágua; no entanto, os nutrientes na água ozonizada se tornam disponíveis e sãore-consumidos pelas algas tóxicas.
Estudos da produção de turfa de algas são conhecidos natécnica. Técnicas de turfa de algas foram divulgadas na Patente U.S. de AdeyNo. 4 333 263 e nas Patentes U.S. do presente inventor Nos 5 131 820, 5 527456, 5 573 669, 5 591 341, 5 846 423, e 5 985 147, cujas divulgações são aquiincorporadas por referência.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
E, portanto, um objetivo da presente invenção prover umsistema e método para pré-tratar e/ou pós-tratar água junto com um leito defiltração para perifíton.
E outro objetivo prover tal sistema e método para reduzir umapopulação de microinvertebrados indesejáveis em um leito de filtração paraperifíton.
E um objetivo adicional prover tal sistema e método parareduzir ou eliminar toxinas da água afluente, bem como do nível detoxicidade da massa de alga colhida.
Estes objetivos e outros são alcançados com o sistema emétodo da presente invenção. O sistema consiste de meios para adicionar umoxidante forte ao afluente, e, em alguns casos, ao efluente. Um modo derealização particular consiste em ozonizar a água. O método de tratamento daágua consiste das etapas de expor a água que se deseja tratar a ozônio emquantidade suficiente para reduzir a concentração de microorganismosindesejados na mesma e passar a água sobre uma colônia de algas fixas pararemover matéria indesejada da mesma, como, sem se pretender ser limitativo,nutrientes.
As características da invenção, tanto no aspecto deorganização, quanto no método de operação, junto com outros objetivose vantagens da mesma, serão mais bem entendidas a partir da seguintedescrição usada em conjunto com o desenho anexo. Deve serexpressamente entendido que o desenho é para fins de ilustração edescrição e não pretende ser uma definição dos limites da invenção.Estes e outros objetivos obtidos e vantagens oferecidas, pela presenteinvenção se tornarão mais completamente aparentes à medida que adescrição que se segue agora seja lida em conjunto com o desenho emanexo.
BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO
Fig. 1 é uma ilustração esquemática de um primeiro modo derealização da invenção.
Fig. 2 é uma ilustração esquemática de um segundo modo derealização da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS
Uma descrição de modos de realização preferidos da invençãoserá apresentada agora com referência a FIGS. 1 e 2.
É conhecido o uso de ozônio para tratar água por causa daspropriedades da molécula instável O3, que é um oxidante forte. Ozônio égerado tipicamente, por exemplo, por radiação ultravioleta ou descargacorona. Como ozônio é um gás, ele deve ser dissolvido ou dividido empequenas bolhas para otimizar o contacto com os organismos alvo no afluentee, em alguns casos, no efluente. Para maximizar (sic) o contato de partículasdeve ser estabelecido um tempo de residência otimizado na água a ser tratada.Isto pode ser alcançado, por exemplo, por meio de uma câmara de mistura ouuma bomba misturadora.
Se a localização do filtro para perifíton está a alguma distânciada água a ser tratada a mistura pode ocorrer, por exemplo, a jusantegeralmente adjacente a uma bomba de suprimento ou uma entrada detubulação, com um único ou múltiplos misturadores estáticos agitando acombinação água/ozônio. O tempo de residência é então igual ao tempo dedeslocamento até o filtro para perifíton, que pode ser testado quanto àsuficiência do tempo de contato. Outros misturadores estáticos e pontos deinjeção de ozônio podem ser posicionados ao longo do caminho até o filtropara perifíton para aumentar eficácia e eficiência.
Em um modo de realização alternativo pode ser usado umreservatório de água coberto, cobertura do reservatório de água tendo umaporta de destruição de ozônio em seu ponto mais alto, para captação doozônio antes de sua liberação para a atmosfera. Pode ser usado um tanquelocalizado abaixo da superfície para aumentar o tempo de contato, por meiode uma injeção de ozônio em alta pressão no fundo do tanque para otimizaçãoda dispersão do ozônio na coluna de água.
A presente invenção apresenta os benefícios seguintes:
• Ozônio desintegra algas planctônicas, bactérias e outraspartículas ligadas organicamente na água do lago, disponibilizando assimnutrientes para uso e conseqüente crescimento do perifíton.
• Após a operação de tornar disponíveis os nutrientes e suaremoção pelo perifíton a água pode ser retornada ao corpo de onde veio ou aoutro corpo de água, em estado que limitará a capacidade de recrescimento dealgas tóxicas, ficando assim efetivada a correção desejada.
• Ozônio destrói certos compostos tóxicos encontrados emcianobactérias (algas azul-verdes) que segundo verificações recentes sãoperigosas para humanos e outros animais. Estes compostos tóxicos bem comocompostos não-tóxicos ficam então disponíveis para apreensão por algasfilamentosas cultivadas para uso industrial, como para indústria de produtosde papel.
• Ozônio destrói tanto microinvertebrados como seus ovos,que muitas vezes se instalam, eclodem e crescem consumindo perifítondesejável, reduzindo assim a eficiência da filtração.
Outros dispositivos que podem ser usados, sozinhos ou comozônio para melhorar desempenhos são sistemas de geradores de plasma etratamentos por luz ultravioleta conhecidos na técnica.
Dois modos de realização da presente invenção estãoilustrados esquematicamente nas FIGS. 1 e 2. No primeiro modo derealização (FIG. 1) do sistema 10 água é mostrada sendo retirada de águaprofunda 11, de água rasa 12 ou de um tributário 13 por meio de tubos 14 ebombas 15-17 respectivamente. Um gerador de ozônio 18 provê ozônio a umequipamento de injeção de ozônio 19 de modo que a água a ser tratada possaser posta em contato com ozônio na câmara 20. Alternativamente, comomencionado acima um gerador de plasma submersível pode ser usado. Aguaozonizada é levada através do tubo de transferência 21a um distribuidor 22que distribui a água na extremidade de entrada 23 de uma camada de perifíton24 que é inclinada de modo a permitir que a água possa fluir para baixo até aextremidade de saída 25. A água tratada é então coletada em um sistema detransferência por tubo 26 sendo então retornada a um curso de água 27 outransferida a um sistema de tratamento de água 28 do aqüífero 29.No segundo do modo de realização (FIG. 2) do sistema 30,água afluente 31 é bombeada na tubulação de distribuição de ozônio 32 naqual é também injetado ozônio de um gerador de ozônio 33. Antes daexposição a ozônio a água pode ser tratada por pelo menos um agente dogrupo formado por radiação ultravioleta e energia acústica 43. Após passagempor um difusor de injeção de ozônio 34 a água passa através da tubulação detransferência 35 para câmaras múltiplas de contato com ozônio 36. Após sercompletamente ozonizada a água sai pela tubulação de descarga 37.
Em qualquer dos modos de realização acima descritos umaetapa adicional pode ser a adição de um pesticida à colônia de algas paracontrole de insetos. O pesticida pode ser escolhido, por exemplo e sem queseja considerado como limitação, no grupo formado por um inseticida, umpiretróide ou um piretro natural.
Em um modo de realização particular o pesticida pode serBacillus therengensus isralioans (BTI). Um elemento adicional de qualquerdos sistemas 10, 30 e um sistema de cultura de BTI 40 mostrado na FIG. 1 noqual BTI é cultivado de maneira substancialmente contínua ou cultivado deacordo com a necessidade e um gotejamento contínuo de BTI é providoatravés da linha 41 e da mangueira de gotejamento 42 adjacente à entrada dacamada de perifíton 24.
Como um modo de realização adicional ou alternativo, outrossistemas e métodos são considerados para desintoxicação de um ou maiselementos do sistema 10, 30. Como exemplo (FIG. 1) a colônia de algas 24pode ser colhida de modo conhecido na técnica a partir de sua base 44 epesticida P pode ser adicionado às algas colhidas para formar a mistura 24'.
Esta mistura 24' é exposta a luz do sol ou outros meios para desintoxicação eem seguida moída para formar uma cobertura da raiz que pode ser usada notopo da base 44 para formar nova colônia de algas. O pesticida pode serselecionado, sem que isto constitua uma limitação, no grupo que consiste depiretro natural, pimenta natural, alho, sabugueiro e sálvia.
A colônia de algas pode também ter a colheita feita por meiosconhecidos na técnica e pesticida P pode ser adicionado na base 44 quandoágua não está escoando e para desintoxicação da base 44. Após um intervalode tempo suficiente para desintoxicação pode ser adicionado um agonistacomo uma solução alcalina para desintoxicação do pesticida antes de serreiniciado o fluxo de água na colônia de algas 24. Neste caso o pesticida podecompreender pelo menos um entre piretróide sintético e piretro natural.
Pode ser apreciado por um especialista na técnica que outrosmodos de realização podem ser considerados, incluindo métodos alternativosde introdução de ozônio e uso de agentes oxidantes alternativos no tratamentoda água.
Na descrição precedente alguns termos foram usados paraalcançar brevidade clareza e entendimento mas isto não implica em limitaçõesdesnecessárias além das exigências da técnica anterior, pois tais termos sãoaqui usados para propósitos descritivos e devem ser entendidos de modoamplo. Além disso os modos de realização dos equipamentos usados e aquidescritos são apenas exemplos e o escopo da invenção não está limitado aosdetalhes construtivos apresentados.
Claims (33)
1. Método de tratamento de água, caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:exposição de água a ser tratada a ozônio em quantidadesuficiente para reduzir a concentração de microorganismos indesejados epassagem da água sobre uma colônia de algas fixas para remover da mesma amatéria não desejada, compreendendo as etapas de injeção de ozônio em pelomenos uma câmara de mistura e um corpo de água, bombeamento da água aser tratada para a câmara de mistura e mistura da água a ser tratada com oozônio injetado;adição de um pesticida à colônia de algas para controle deinsetos, sendo o pesticida selecionado no grupo formado por um inseticida,um piretróide ou um piretro natural.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de compreender adicionalmente, antes da etapa de exposição da água,gerar ozônio por pelo menos um dos processos de exposição de ar a radiaçãoultravioleta e criar de uma descarga corona.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de compreender adicionalmente a etapa de exposição da água a sertratada a pelo menos um entre radiação ultravioleta e energia acústica.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa de exposição da água compreende o bombeamento daágua para a extremidade inferior de um tubo, injeção de ozônio na adjacênciada extremidade inferior do tubo e mistura de água e ozônio durante sua subidapara a extremidade superior do tubo.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente a etapa de tratamento da água comozônio após a etapa de escoamento da água.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente a etapa de passagem da água atravésde um filtro de carvão ativado após a etapa de escoamento da água.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente a etapa de adição de um pesticida àcolônia de algas para controle de insetos, o pesticida compreendendo Bacillustherengensus isralioans.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente a etapa de cultivo de Bacillustherengensus isralioans e em que a etapa de adição de pesticida compreende aadição de um suprimento substancialmente constante de Bacillustherengensus isralioans a uma entrada da colônia de algas.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente as etapas de:extração da água a ser tratada de um corpo de água antes daetapa de exposição; eretorno da água tratada ao corpo de água após a etapa deescoamento da água.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a etapa de exposição a ozônio compreende a cobertura de umcorpo de água e a injeção de ozônio no corpo de água.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a etapa de exposição a ozônio compreende:bombeamento de água de um corpo de água para um tubo desuprimento;injeção de ozônio no tubo de suprimento; edirecionamento da água para uma entrada da colônia de algas.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato que a etapa de injeção de ozônio inclui a injeção de ozônio emvários locais de injeção ao longo da tubulação de suprimento.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de conter adicionalmente a etapa de, após a etapa de escoamento deágua, repetir a etapa de exposição a ozônio e a etapa de escoamento da água,recirculando-se a água que emerge da colônia de algas.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de, após a etapa deescoamento de água, colher a colônia de algas, adicionando-se um pesticidanas algas colhidas, expor as algas misturadas com pesticida à luz do sol paraatingir a desintoxicação, e usar as algas misturadas com pesticidadesintoxicadas para formar uma base para outra colônia de algas.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato que o pesticida inclui um ou mais pesticidas selecionados de umgrupo que consiste de piretro natural, pimenta natural, alho e sabugueiro esálvia.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato que a colônia é fixada a uma base, e o método compreendeadicionalmente as etapas de, após a etapa de escoamento da água, de colheitada colônia de algas, adicionar um pesticida à base da colônia e desintoxicá-la.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato que o pesticida é selecionado de um grupo que consiste de umpiretróide sintético e de um piretro natural.
18. Sistema de tratamento de água, caracterizado pelo fato decompreender:meios para expor a água que se deseja tratar a ozônio emquantidade suficiente para reduzir uma concentração de microorganismosindesejados da mesma e para liberar nutrientes disponíveis da mesma,compreendendo uma câmara de mistura, meios para injetar ozônio na câmarade mistura, uma bomba para bombeamento da água a ser tratada para acâmara de mistura, e um misturador para mistura da água a ser tratada com oozônio injetado;uma colônia de algas fixas para remover matéria indesejada daágua exposta a ozônio;meios para direcionar a água exposta a ozônio proveniente domeio de exposição de água para a colônia de algas; emeios para adição de um pesticida à colônia de algas paracontrole de insetos, o pesticida sendo selecionado de um grupo que consistede um inseticida, um piretróide ou um piretro natural.
19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para geração de ozôniocompreendendo pelo menos um entre: meios de exposição de ar a radiaçãoultravioleta e meios para criação de uma descarga corona.
20. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para expor a água a sertratada a pelo menos um entre: radiação ultravioleta e energia acústica.
21. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente:um tubo tendo uma extremidade inferior e uma extremidadesuperior;uma bomba para bombeamento da água para a extremidadeinferior do tubo e para cima, em direção à extremidade superior;meios para injeção de ozônio na adjacência a extremidadeinferior do tubo, para permitir que a água e o ozônio se misturem enquanto elaé bombeada na direção da extremidade superior do tubo.
22. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para tratamento da águacom ozônio a jusante da colônia de algas.
23. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de passar a água atravésde um filtro de carvão ativado após a etapa de escoamento da água.
24. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para adição de umpesticida à colônia de algas para controle de insetos, o pesticida contendoBacillus therengensus isralioans.
25. Sistema de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para cultivar Bacillustherengensus isralioans, e em que o meio de adição de pesticida inclui meiospara dispensar um suprimento contínuo de Bacillus therengensus isralioans auma entrada da colônia de algas.
26. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente:meios para extração da água a ser tratada de um corpo de águae meios para retornar a água tratada para o corpo de água a jusante da colôniade algas.
27. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato que o meio de exposição a ozônio compreende uma cobertura sobreo corpo de água e meios para injetar ozônio no corpo de água.
28. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato que o meio de exposição a ozônio compreende:um tubo de suprimento tendo uma extremidade de entrada euma extremidade de saída;uma bomba posicionada para extrair água de um corpo de águapara o tubo de suprimento para bombeamento da água extraída para umaextremidade de entrada da colônia de algas; e meios para injetar ozônio notubo de suprimento.
29. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para redirecionar a águade uma extremidade de saída da colônia de algas para o meio de exposição aozônio para recircular a água emergente da colônia de algas.
30. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente meios para colheita da colôniade algas após exposição à água a ser tratada e meios para adicionar umpesticida às algas coletadas.
31. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizadopelo fato que o pesticida inclui um ou mais pesticidas selecionados de umgrupo que consiste de piretro natural, pimenta natural, alho, sabugueiro esálvia.
32. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente uma base à qual as algas sãofixas, e compreendendo adicionalmente meios para colheita da colônia dealgas, meios para adicionar um pesticida à base da colônia e meios paradesintoxicar a base.
33. Sistema de acordo com a reivindicação 32, caracterizadopelo fato que o pesticida é selecionado de um grupo que consiste de umpiretróide sintético e de um piretro natural.
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