BR102017012876A2

BR102017012876A2 - estação compacta de tratamento de água e composição para tratamento de água

Info

Publication number: BR102017012876A2
Application number: BR102017012876-8A
Authority: BR
Inventors: Rochel Montero Lago; Thaís Helena De Oliveira Norte; Maria Paula Duarte De Oliveira; Raphael Capruni Andrade Vaz; Ana Letícia Silva Meira De Aguiar; Jéssica Malvina Luz De Carvalho
Original assignee: Universidade Federal De Minas Gerais
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2019-01-15
Also published as: WO2018229686A1

Abstract

a presente invenção refere-se a uma estação compacta de tratamento de água composta por bomba d?água (1), tubulações (2), venturi (3), entrada para a solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), motor (6), tanques de água (7, 8), filtro de areia (9) e saída de excesso de lodo (10). refere-se também à composição de insumos químicos para tratamento de água. o equipamento proporciona o tratamento de água de forma simples e econômica, onde todos os produtos químicos (coagulante, floculante, desinfetante e controlador de ph) são inseridos juntos em uma proporção pré-determinada (composição de insumos químicos) para que pessoas sem qualquer conhecimento técnico no assunto possam operá-lo.

Description

“ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ÁGUA E COMPOSIÇÃO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA” [01] A presente invenção refere-se a uma estação compacta de tratamento de água composta por bomba d'água (1), tubulações (2), Venturi (3), entrada para a solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), motor (6), tanques de água (7, 8), filtro de areia (9) e saída de excesso de lodo (10). Refere-se também à composição de insumos químicos para tratamento de água. O equipamento proporciona o tratamento de água de forma simples e econômica, onde todos os produtos químicos (coagulante, floculante, desinfetante e controlador de pH) são inseridos juntos em uma proporção pré-determinada (composição de insumos químicos) para que pessoas sem qualquer conhecimento técnico no assunto possam operá-lo.

[02] O documento de patente BR1020140141138, intitulado “Estação compacta para tratamento de água”, depositado em 10/06/2014, refere-se a uma estação de tratamento de água compacta com a finalidade de purificar e tornar potável, de forma sustentável, água obtida em locais desprovidos de saneamento básico, compreendendo uma construção modulada, para facilitar seu transporte e instalação em comunidades distantes e de difícil acesso. Tal estação de tratamento apresenta um tanque de filtração primária, um módulo de tratamento e um tanque de acumulação de água tratada. O módulo de tratamento apresenta três tubos sequenciais, sendo o primeiro tubo destinado a cloração por pastilhas de hipoclorito de cálcio, o segundo tubo destinado a passagem do fluxo aquoso por lâmpadas emissoras de radiação ultravioleta e o terceiro tubo destinado a passagem do fluxo por filtro de carvão ativado. Esta tecnologia se difere da presente invenção, pois não apresenta um sistema que permite a adição de uma solução de insumos químicos (coagulante, floculante, desinfetante e

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2/9 controlador de pH) de uma só vez, além de apresentar componentes distintos dos apresentados na presente invenção.

[03] O documento de patente PI 1001960-0, intitulado “Estação móvel de tratamento de água compacta acionada por energia solar, energia elétrica, energia eólica, energia automotiva, energia de gerador, ou com a combinação destas energias”, depositado em 16/06/2010, apresenta um sistema de tratamento de água onde, assim que a água chega à estação, ela recebe da bomba dosadora, através de mangueiras, um choque de produtos químicos do tanque de produtos (cloro, cal, coagulante) e sofre agitação no floculador helicoidal, segue para decantação, filtração com carvão ativado e nova adição de cloro. A estação de tratamento apesentada neste documento de patente se difere da presente invenção, pois apresenta vários compartimentos, o que a torna menos compacta que a estação da presente invenção, além de apresentar um sistema de tratamento mais complexo.

[04] O documento de patente CN20132822254U, intitulado “High-turbidity water purifying treatment device”, depositado em 16/12/2013, apresenta um sistema para tratamento de água onde existem dois dispositivos para doseamento de produto químico; sendo um para o coagulante cloreto de polialumínio e outro para o floculante à base de poliacrilamida. Além de apresentar a introdução dos insumos químicos de maneira separada, esta tecnologia ainda não se assemelha à presente invenção por apresentar uma disposição diferente, com componentes distintos dos apresentados na presente invenção.

[05] O documento de patente CN2012247166U, intitulado “High speed pretreatment water treatment device”, depositado em 14/02/2012, apresenta uma estação compacta de tratamento rápido de água compreendendo um tubo de entrada, um módulo dosador, e um módulo de sedimentação e filtração. O modulo dosador compreende um tanque para dissolução dos

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3/9 produtos, um dispositivo de coagulação e um dispositivo de precipitação. que apresenta uma disposição e uma estrutura diferentes das apresentadas na presente invenção.

[06] Encontram-se no estado da técnica composições para tratamento de água. Por exemplo, o documento de patente US201562182191P, de 19/06/2015, intitulado “WATER TREATMENT SOLUTION WITH CHELATING BASE PRODUCT”, descreve uma solução compreendendo um composto quelante: ((NH₄)₂SO₄), (H₂SO₄), (H₂H₂O), (NH₄HSO₄); um sal metálico e água. O sal metálico compreende sal de zinco, magnésio, manganês, selênio, molibdênio, ferro, boro, cobalto, cobre ou combinações dos mesmos.

[07] O documento de patente FR19880006952 , de 25/05/1988, intitulado “Product for treating swimming pool water”, descreve um produto para tratamento de água contendo um agente bacteriostático, um algicida, um dispersante, um sequestrante, um agente regulador de pH, um floculante e efeitos inibidores de cristalização. A composição compreende um polímero acrílico, fosfato de sódio, amônia quaternária catiônica, solução tamponante, sulfato de cobre, sulfato de alumínio e policloreto de alumínio.

[08] O documento de patente EP20130191265, de 01/11/2013, intitulado “Composition for purification of water”, descreve uma composição compreendendo um composto de ferro e um composto de alumínio, um agente floculante, um desinfetante e um agente tamponante.

[09] Dessa forma, não foi encontrada no estado da técnica uma estação de tratamento compacta, que possa ser utilizada em residências e apresente um sistema de operação simples, envolvendo a introdução de todos os compostos de tratamento (coagulante, floculante, desinfetante e controlador de pH) em uma só etapa, em forma de solução aquosa, pronta para uso.

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4/9 [010] Para solucionar este problema, foi desenvolvida uma estação de tratamento de água simples e econômica, onde todos os produtos químicos (coagulante, floculante, desinfetante e controlador de pH) são inseridos juntos em uma proporção pré-determinada (composição de insumos químicos) para que pessoas sem qualquer conhecimento técnico no assunto possam operá-lo.

[011] A presente invenção apresenta um sistema para tratamento de água, especialmente água contaminada por sólidos não sedimentáveis e metais, com o diferencial de ser um sistema compacto e transportável, e permitir o uso de uma solução de insumos químicos de baixo custo, operando através de um processo rápido e simples. A estação compacta proposta apresenta bomba d'água (1), tubulações (2), Venturi (3), entrada para a solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), motor (6), tanques de água (7, 8), filtro de areia (9) e saída de excesso de lodo (10). A composição de insumos químicos compreende um coagulante inorgânico, preferencialmente o cloreto de polialumínio PAC 10 (30-60ppm); um floculante polimérico, preferencialmente um floculante neutro à base de poliacrilamida (1-10ppm); um desinfetante, preferencialmente hipoclorito de sódio (100-120 g/m³) ou hipoclorito de cálcio (200-220 g/m³); e um controlador de pH, preferencialmente CaO (3 a 3,6 g/cm³), cal hidratada (2,3 a 2,9 g/cm³) ou hidróxido de sódio (1,0-1,2 g/m³); sendo necessários de 5 a 10 mL de solução de insumo para o tratamento de 1000L de água.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [012] A figura 1 representa a planta da estação compacta de tratamento de água, sendo bomba d'água (1), tubulação (2), Venturi (3), entrada da solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), motor (6), tanque de tratamento (7), tanque inferior (8), filtro de areia (9), saída de excesso de iodo (10).

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5/9 [013] A figura 2 representa o protótipo da estação compacta de tratamento de água, sendo destacado: Venturi (3), entrada da solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), tanque de mistura (7), tanque inferior (8).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA TECNOLOGIA [014] A presente invenção refere-se a uma estação compacta de tratamento de água que compreende uma bomba d'água (1), tubulações (2), Venturi (3), entrada para a solução de insumos químicos (4), coluna vertical de pedras (5), motor (6), tanques de tratamento de água (7 e 8), filtro de areia (9) e saída de excesso de lodo (10). Refere-se também à composição de insumos químicos para tratamento de água. O equipamento proporciona o tratamento de água de forma simples e econômica, onde todos os produtos químicos (coagulante, floculante, desinfetante e controlador de pH) são inseridos juntos em uma proporção pré-determinada (composição de insumos químicos) para que pessoas sem qualquer conhecimento técnico no assunto possam operá-lo.

[015] A água é bombeada por uma bomba d'água (1) e entra no sistema de tubulação (2) passando por um equipamento Venturi (3), responsável por diminuir a pressão da água e aumentar a sua velocidade. Nesse ponto, há uma entrada para uma solução de insumos químicos (4), que é adicionada através de sucção promovida pelo Venturi. A agitação necessária para a coagulação ocorre durante o caminho da água até o tanque de tratamento, passando por uma coluna vertical de pedras (5), localizada logo após o Venturi, o que provoca a retenção parcial do líquido durante a trajetória, realizando a mistura entre a água contaminada e a solução de insumos químicos. Existe, também, a agitação no processo de queda da água até o enchimento do tanque por um motor de agitação (6) para promover agitações lentas por pouco tempo (5 a 15 minutos), otimizando o uso do coagulante e do floculante. Após o enchimento do tanque de tratamento de

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6/9 água superior (7), onde ocorre a coagulação e floculação, é necessário um repouso da solução entre 1 a 2 horas para a decantação. Após a decantação, a água é transferida para o tanque inferior (8) passando por um filtro de areia (9) para retirar o resto de impurezas e um possível lodo em suspensão. O lodo decantado é retirado pela saída (10).

[016] A composição de insumos químicos (4) compreende um coagulante inorgânico, preferencialmente o cloreto de polialumínio PAC 10 (30-60ppm); um floculante polimérico, preferencialmente um floculante neutro à base de poliacrilamida (1-10ppm); um desinfetante, preferencialmente hipoclorito de sódio (100-120 g/m³) ou hipoclorito de cálcio (200-220 g/m³); e um controlador de pH, preferencialmente CaO (3 a 3,6 g/cm³), cal hidratada (2,3 a 2,9 g/cm³) ou hidróxido de sódio (1,0-1,2 g/m³); sendo necessários de 5 a 10 mL de solução de insumo para o tratamento de 1000L de água.

[017] O motor de agitação lenta (6) gira em velocidade entre 100 e 140rpm. [018] Os tanques de tratamento de água (7 e 8) são feitos de materiais leves, de fácil manuseio e baratos já amplamente difundidos no mercado, como por exemplo, containers de polímero. A estação compacta de tratamento de água funciona por regime de batelada e cada operação dura entre 1 e 2 horas. A capacidade de água tratada depende da capacidade volumétrica dos tanques 7 e 8.

[019] A invenção proposta pode ser mais bem compreendida através do exemplo abaixo, não limitante da tecnologia.

EXEMPLO 1 - Protótipo da estação compacta de tratamento de água [020] O protótipo do sistema de tratamento de água proposto foi construído, de acordo com a Figura 2. Foram realizados experimentos em escala de laboratório a fim de tratar a água da barragem de Bento Rodrigues em Mariana/MG, que sofreu um acidente em 5/12/2015. Foram avaliados também parâmetros turbidez, pH, condutividade e concentração

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7/9 de metais presentes nas amostras. O protótipo construído tem a capacidade de 20 litros.

[021] Segundo a Figura 1, a água do rio é bombeada por uma bomba d'água (1) e a água contaminada entra no sistema de tubulação (2) passando por um equipamento Venturi (3), responsável por submeter o fluido a um movimento constante que está entrando no sistema, diminuindo sua pressão e aumentando sua velocidade. Nesse ponto, um novo líquido é inserido através do método de sucção promovida pelo Venturi. O novo líquido adicionado à água do rio é a solução de insumos químicos (4) com coagulante (policloreto de alumínio PAC10), floculante polimérico, agente desinfectante (Hipoclorito de sódio) e corretor de pH (CaO) adicionados juntos.

[022] As dosagens ótimas da solução de insumos químicos foram determinadas em laboratório com testes de bancada em Jar Test com água do Rio Doce contaminada pela lama do acidente ambiental da barragem de Bento Rodrigues. Os resultados apresentaram as seguintes dosagens ótimas: 30-60ppm de coagulante, 1-10ppm de floculante polimérico, melhorando a formação dos flocos e a clarificação da água. A solução de insumos químicos para o tratamento de 800 litros de água contaminada da barragem de Bento Rodrigues foi feito com 6,5ml do coagulante puro PAC10, 1ml de floculante polimérico, 5ml de uma solução diluída de CaO com concentração 1% e hipoclorito de sódio 1,0 mg/L, para que, após o tempo de contato, se obtenha na saída do tratamento, no máximo 0,5 mg/L evitando que se ultrapasse o teor máximo permitido para consumo humano, conforme estabelecido no Anexo VII da portaria de portabilidade (Portaria n° 2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde).

[023] A agitação necessária para a coagulação ocorre durante o caminho da água até o tanque de tratamento, passando por uma coluna vertical (5), localizada logo após o Venturi, com 2,5m de extensão e conteúdo de

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8/9 pedras o que provoca a retenção parcial do líquido durante a trajetória realizando a mistura entre a água contaminada e a solução de insumos químicos. Além disso, há a agitação no processo de queda da água até o enchimento do tanque por um simples motor de agitação (6) para finalizar de forma específica e eficiente.

[024] O motor de agitação (6) é feito para promover agitações lentas (120rpm) por cerca de 10 minutos, otimizando o uso do coagulante e do floculante, pois nos testes piloto foi constatado que a agitação é fator crucial para a eficiência do tratamento e ela não pode ser realizada de forma rápida.

[025] Após o enchimento do tanque de tratamento (7) que faz a coagulação e floculação, é necessário um repouso entre 1 a 2 horas para a decantação. A decantação ocorre no tanque de tratamento (7) e a água é transferida para o tanque inferior (8) passando por um filtro de areia (9) para retirar o resto de impurezas e um possível lodo em suspensão.

[026] O filtro de areia utilizado retira partículas residuais de 5-25micra diminuindo a turbidez e as partículas coloidais em suspensão remanescentes. Possui 6 camadas de areia com granulometria variando de 0,25mm (camada inferior) a 0,8mm(camada superior). As dimensões do filtro são 250mm de diâmetro, 650mm de altura, 3,5Kgf/cm² utilizando assim uma tubulação de ³Λ” gerando uma vazão máxima de 570L/h.

[027] A bomba d'água (1) utilizada foi uma motobomba centrífuga multiestágios específica para grandes profundidades, com diâmetro interno a partir de 4 polegadas, sistema TRI-SEAL com rotores fechados de celon flutuantes independentes do modelo SUB15-05NY4E4 1/2 CV 115 V, pressão máxima sem vazão de 52 m.c.a. e que possui 4,4 m³/h de vazão com altura manométrica total de 20 m.c.a.

[028] Após o processo de descontaminação observou-se que o tratamento não modificou o valor de pH das amostras, que estava neutro e

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9/9 permaneceu na faixa entre 6,0 a 7,1. Os resultados mostraram que a qualidade da água contaminada partiu de uma turbidez 2745 NTU chegando a valores abaixo de 40NTU, alcançado remoções de até 99,99% de impurezas, obtendo qualidade de água classe 1 segundo o Conama. [029] A estação compacta de tratamento de água proposta mostrou-se de fácil operação, apresentou um baixo tempo de processo, pode ser construída utilizando materiais de baixo custo e atinge parâmetros de qualidade de água excelentes para o consumo humano.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ÁGUA caracterizada por compreender bomba d'água (1); tubulações (2); Venturi (3) ; entrada de solução de insumos químicos (4); coluna vertical de pedras (5); motor (6); tanque de tratamento de água superior (7); um tanque inferior (8); filtro de areia (9) e saída de excesso de lodo (10).

2. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela solução de insumos químicos (4) compreender um coagulante inorgânico, preferencialmente o cloreto de polialumínio PAC 10 (30-60ppm); um floculante polimérico, preferencialmente um floculante neutro à base de poliacrilamida (1-10ppm); um desinfetante, preferencialmente hipoclorito de sódio (100-120 g/m³) ou hipoclorito de cálcio (200-220 g/m³); e um controlador de pH, preferencialmente CaO (3 a 3,6 g/cm³), cal hidratada (2,3 a 2,9 g/cm³) ou hidróxido de sódio (1,0-1,2 g/m³); sendo necessários de 5 a 10 mL de solução de insumo para o tratamento de 1000L de água.

3. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo motor (6) girar em velocidade aproximada de 100 a 140rpm.

4. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por funcionar por regime de batelada e cada operação durar entre 1 a 2 horas, sendo que a capacidade de água tratada depende da capacidade volumétrica dos tanques 7 e 8.

5. COMPOSIÇÃO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA, caracterizada por compreender um coagulante inorgânico, preferencialmente o cloreto de polialumínio PAC 10 (30-60ppm); um floculante polimérico, preferencialmente um floculante neutro à base de poliacrilamida (1-10ppm); um desinfetante, preferencialmente hipoclorito de sódio (100-120 g/m³) ou hipoclorito de cálcio (200-220 g/m³); e um controlador de pH,

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2/2 preferencialmente CaO (3 a 3,6 g/cm³), cal hidratada (2,3 a 2,9 g/cm³) ou hidróxido de sódio (1,0-1,2 g/m³).