BR102017026894A2 - processo de despoluição de cursos de água contaminados com metais e de reciclagem de rejeitos - Google Patents

Abstract

?processo de despoluição de cursos de água contaminados com metais e de reciclagem de rejeitos?, refere-se a processo de despoluição de cursos de água (100) poluídos com metal, pertencente ao campo de tratamento de água, realizado por unidade de tratamento de rio, utr, instalada no leito do curso d?água (100), sem alterar o fluxo natural e ajustável a parâmetros deste, compreendido por pré-tratamento formado: por fases (10) e (11) de contenção de sedimentos (103) e de material flutuante (101) poluídos com metal; e processo de despoluição do corpo hídrico (102) poluído com metal realizado na utr, compreendido por fases de: 1) coagulação com sais metálicos modificados; 2) floculação com polímeros modificados; e 3) flotação com injeção de microbolhas de ar, realizadas no leito normal do curso d´água, sem a necessidade de retenções ou formação de diques; 4) retenção e remoção do lodo poluído com metal; 5) recirculação de água despoluída (107) para a fase 3); e fase 6) reciclagem do lodo (106) e sedimentos (103).

Description

(54) Título: PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS E DE RECICLAGEM DE REJEITOS (51) Int. Cl.: C02F 1/24; C02F 101/10.

(52) CPC: C02F 1/24; C02F 2101/10.

(71) Depositante(es): JOÃO CARLOS GOMES DE OLIVEIRA.

(72) lnventor(es): JOÃO CARLOS GOMES DE OLIVEIRA; PROCÓPIO GOMES DE OLIVEIRA NETTO; FELIPE GOMES DE OLIVEIRA; DANIEL GOMES DE OLIVEIRA.

(57) Resumo: ?PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS E DE RECICLAGEM DE REJEITOS?, refere-se a processo de despoluição de cursos de água (100) poluídos com metal, pertencente ao campo de tratamento de água, realizado por Unidade de Tratamento de Rio, UTR, instalada no leito do curso d?água (100), sem alterar o fluxo natural e ajustável a parâmetros deste, compreendido por pré-tratamento formado: por Fases (10) e (11) de contenção de sedimentos (103) e de material flutuante (101) poluídos com metal; e processo de despoluição do corpo hídrico (102) poluído com metal realizado na UTR, compreendido por Fases de: 1) Coagulação com sais metálicos modificados; 2) Floculação com polímeros modificados; e 3) Flotação com injeção de microbolhas de ar, realizadas no leito normal do curso d'água, sem a necessidade de retenções ou formação de diques; 4) Retenção e remoção do lodo poluído com metal; 5) recirculação de água despoluída (107) para a Fase 3); e Fase 6) reciclagem do lodo (106) e sedimentos (103).

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PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS E DE RECICLAGEM DE REJEITOS

INTRODUÇÃO [1] O presente relatório descritivo refere-se a um pedido de patente de invenção para processo de despoluição de cursos de água, pertencente ao campo de tratamento de água, de águas residuais, de esgotos, de lamas, Iodos, que foi desenvolvido para despoluição de cursos de água poluídos com metais em decorrência de acidente ecológico ou de descarte indevido de efluentes poluídos com metais ou devido a outras circunstâncias, dito processo realizado diretamente e sem interferência no fluxo natural do curso de água, bem como incorporando, complementarmente, processo de reciclagem dos rejeitos oriundos da despoluição do curso d'água, para fabricação de produtos diversos.

ESTADO DA TÉCNICA [2] A atividade humana causa impactos ambientais. Atualmente, o aumento populacional, as grandes concentrações urbanas, a intensa atividade industrial e outros fatores têm tornado cada vez maior esse impacto. Uma das faces mais visíveis dessa agressão à natureza é a poluição das águas, decorrente do despejo de esgoto doméstico, de resíduos de processos industriais e de outros efluentes em corpos hídricos, como córregos, rios, lagos, baías, mar e outros. Embora essa agressão ocorra, ela é, de certa forma, minimizada, devido existirem, particularmente em grande parte dos centros urbanos, complexos sistemas de tratamento, que captam, tratam e reconduzem a água tratada ao consumo.

[3] Todavia, uma outra forma de poluição das águas decorre dos chamados acidentes ecológicos, que causam grande impacto por serem inesperados e normalmente não poderem ser contidos de imediato devido à falta de infraestruturas pré

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2/16 existentes capazes de fazê-lo. Acidentes desse tipo são particularmente agressivos quando há derramamento de metais, como minério de ferro, alumínio, prata, ouro e outros em cursos d'água localizados em regiões ermas, ricas em fauna e flora e habitadas por grande fauna aquática.

[4] Recentemente no Brasil, no Município de Mariana, Estado de Minas Gerais, ocorreu aquele que é considerado o pior acidente ecológico terrestre, constituído pelo rompimento de uma barragem (Complexo Germano) de rejeitos de mineração, formados, basicamente, por óxidos de ferro, água e lama, acidente esse que acarretou o despejo, repentino, de, segundo estimativas iniciais, 50 milhões de metros cúbicos desse material, no leito do Rio Gualaxo do Norte, afluente do Rio do Carmo, que desemboca no Rio Doce e este em região do Oceano Atlântico no litoral do Estado do Espírito Santo. Em decorrência desse acidente, houve a destruição de comunidades lindeiras aos rios. Houve a morte e/ou sério comprometimento da ictiofauna destes rios, com reflexos na fauna terrestre, flora, populações ribeirinhas, que subsistiam da pesca, com impactos inclusive em populações urbanas servidas com água potável da bacia hidrográfica do Rio Doce. As partículas presentes nas águas, até então contidas pela barragem e vazadas no acidente, têm duas origens: lama, que possui partículas muito finas, da ordem de 0,lpm, causadoras de turbidez das águas dos rios; e rejeitos de flotação, que contêm partículas mais grossas, da ordem de 10 pm, que depositaram no leito dos rios e estão sendo carreadas de forma continuada. Assim, uma operação de despoluição dos cursos d'água atingidos tem que: 1) - Remover o material flutuante poluído com metal que escoa na superfície dos rios; 2) - Remover o material contendo partículas de metal (lama) em suspensão no corpo hídrico dos rios; 3) - Remover os sedimentos contaminados com metal depositados e que escoam pelo fundo dos rios; e 4) - Dar destinação final segura e econômica para os rejeitos contaminados com metal removidos dos rios. A breve descrição acima dá a dimensão do acidente e dos desafios para superá-lo.

[5] Um problema de solução particularmente difícil em situações relativas a cursos

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3/16 d'água poluídos é a destinação final do material removido.

[6] De fato, os rejeitos retirados pelos sistemas de despoluição dos cursos d'água também constituem um grande passivo ambiental, pois, não basta despoluir o curso d'água, é necessária a destinação final segura e econômica aos materiais retirados.

[7] O lodo resultante do tratamento convencional de rejeitos residenciais e industriais e dos cursos d'água podem ter várias destinações.

[8] Porém, quando se trata da despoluição de cursos d'água, cuja poluição e contaminação foi causada por metais, o tratamento e a destinação do lodo resultante é muito mais complexa.

[9] Em decorrência disso, muitos estudos têm sido realizados para a despoluição dos cursos d'água atingidos no acidente de Mariana, porém, nenhuma medida concreta foi ainda adotada, pois todos os métodos conhecidos são incapazes de promover a limpeza com níveis adequados e dentro de orçamento factível.

[10] Existem métodos utilizados para a eliminação dos dejetos residenciais e industriais, destacando-se, dentre eles, as Patentes PI 9702430-9 e a PI 010462-7, ambos de titularidade do Depositante. Os referidos privilégios, prevêem a utilização de um processo contendo como uma das etapas a flotação. Contudo, a poluição e a contaminação dos cursos d'água por acidentes ecológicos, onde são derramados metais (minério de ferro, alumínio, prata, ouro, etc.), diferem frontalmente dos casos até então abordados pelo estado da técnica.

[11] Contudo, os métodos de flotação de minerais já conhecidos, explicados a fundo na obra: A Flotação no Brasil do Doutor Arthur Pinto Chaves e colaboradores, também não se adéquam à despoluição de cursos d'água poluídos por metais, pois, no caso do óxido de ferro, por exemplo, a técnica mais utilizada é a flotação catiônica reversa de quartzo, onde o quartzo é flotado com a adição de eteraminas e a utiliza

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4/16 ção de equipamentos para a formação de espumas, por outro lado o óxido de ferro é decantado pela ação de amidos. Entretanto, a referida espuma de quartzo acaba contaminada por quantidade significativa de óxido de ferro, gerando um rejeito que contem as duas substâncias, quartzo e óxido de ferro, o que em caso de vazamentos das bacias de rejeitos acabam poluindo as águas dos mananciais drenantes. Para resolver este grave problema, o depositante aperfeiçoou seu sistema de tratamento de cursos d'água já privilegiado, de modo a adequá-lo ao tratamento de cursos d'água poluídos e contaminados por metais (minério de ferro, alumínio, prata, ouro, etc.), uma vez que os processos previstos nos privilégios da PI 9702430-9 e PI 0105462-7, não permitiam a adequada remoção de metais em efluentes com grandes concentrações.

[12] Todavia, a Requerente já havia desenvolvido e patenteado (PI 9702430-0 e PI 0105462-7 dentre outras) um processo de tratamento que opera no fluxo natural do curso d'água a ser tratado, sem a necessidade de represamento, ajustável a vazões e níveis variáveis, compreendido, essencialmente: por etapa de coagulação e floculação, compreendida pela injeção de agentes coagulantes/floculantes/aeração, realizada em um ponto inicial de um trecho de montante do curso d'água, formando flocos maiores do material suspenso na água; etapa de microaeração em um primeiro trecho de jusante imediatamente seguinte do curso d'água; etapa de flotação que ocorre em um segundo trecho de jusante do curso d'água, na qual os flocos de material suspenso emergem e formam lodo na superfície da água em fluxo; etapa de remoção do lodo da superfície; etapa de continuidade do fluxo de água tratada no leito do curso d'água; e etapa de descarte final do material removido do curso d'água.

[13] Esse processo foi aplicado inicialmente para a recuperação de cursos d'água em regiões urbanas, PI 0105462-7, e compreende a previsão de unidades de tratamento dos efluentes domésticos e de água pluviais (micro) instaladas em trechos adequados do sistema de coleta (galerias) de esgoto e águas pluviais; unidades de tratamento (médio) instaladas em cursos d'água (córregos/efluentes) dentro da região urbana, nos quais deságua o sistema de coleta de esgoto e águas pluviais já trata

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5/16 dos; unidades de tratamento (macro) instaladas em trechos de cursos d'água maiores (rios) dentro de regiões urbanas, nos quais deságuam os córregos e/ou efluentes já tratados. Esse processo mostra-se extremamente eficiente no tratamento de esgotos domésticos, industriais, águas pluviais e outros presentes em regiões urbanas, mas, na época da sua adoção, não foi aventada a possibilidade de aplicá-lo para despoluir cursos d'água contaminados com metal, conforme acidentes ecológicos do tipo acima descrito.

[14] Desse modo, constatadas as dificuldades de aplicação dos tratamentos usuais por flotação de cursos d'água contaminados com metais, os inventores dos processos de tratamento patenteados, acima aludidos, inferiram a possibilidade de adaptá-lo para o tratamento de cursos d'água poluídos com metal, como os cursos d'água vitimados pelo acidente em Mariana - Minas Gerais - Brasil.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [15] Assim, o objetivo da presente patente é prover um processo de tratamento por flotação de cursos d'água poluídos com metal.

[16] Outro objetivo é prover um processo de tratamento por flotação de implementação relativamente simples e que possa ser realizado no fluxo natural do curso d'água poluído por metal, sem a necessidade de maiores interferências no fluxo natural, sem a formação de diques de contenção e similares.

[17] Outro objetivo é prover um processo de tratamento por flotação de cursos d'água poluídos com metal, que incorpore processos necessários de reciclagem dos rejeitos contaminados com metal para fabricação de produtos diversos.

[18] Outro objetivo é prover um processo de tratamento por flotação de cursos d'água poluídos com metal que proporcione altos níveis de despoluição, tornando o

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6/16 corpo hídrico, se for o caso, apto a abrigar fauna aquática.

[19] Outro objetivo é prover um processo de tratamento por flotação de cursos d'água poluídos com metal que tenha custos de implantação e operação adequados.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO [20] Tendo em vista os inconvenientes, acima aludidos, verificados no estado da técnica relativamente ao tratamento de cursos d'água poluídos com metal e no propósito de superá-los e visando atender aos objetivos relacionados, foi desenvolvido o processo de despoluição de cursos de água poluídos com metal e de reciclagem de rejeitos, objeto da presente patente, o qual é realizado por uma Unidade de Tratamento de Rio, UTR, que opera diretamente no fluxo natural do curso d'água a ser tratado, sem necessidade de formação de diques de contenção e similares; é ajustável a vazões e níveis variáveis; dito processo compreendido: por etapas de prétratamento feitas a montante da UTR e compreendidas por etapa de retenção de materiais mais densos como areias e siltes, contaminados com metais e carreados no fundo do curso d'água, através de em caixa de retenção submersa, uma vez que estes materiais se movimentam trazidos pela correnteza e são decantados e reservados no fundo do curso d'água; e por etapa de retenção de material flutuante contaminado com metal realizada com plataforma flutuante de retenção de detritos, para a remoção de objetos poluentes sólidos, que estão flutuando no referido curso d'água (garrafas, pneus, latas, madeiras, etc.).; dita UTR despolui o corpo hídrico do curso d'água e realiza etapas, em seqüência: na Fase 1 da despoluição, são aplicados sais metálicos modificados, tendo como base o cloreto de ferro, cloreto de alumínio, sulfato de ferro, sulfato de alumínio e policloreto de alumínio, para se efetuar a coagulação dos metais poluentes. Tais sais metálicos são modificados em suas características químicas de mercado, pois os produtos convencionais normatizados para o tratamento convencional de água e esgoto não atendem às necessidades da aplicação no tratamento de metais, o que enseja a sua adequação em termos de acidez, pH, concentra

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7/16 ções dos compostos ativos, alcalinidade, dentre outros parâmetros que são ajustados para cada tipo de água bruta a ser tratada, visto que a coagulação dos metais particulados e dissolvidos na água bruta contaminada com metais é especialmente sensível a faixas ótimas de acidez, pH, alcalinidade e necessita de um produto químico coagulante adequado para que se obtenha a necessária coagulação e floculação o que enseja a utilização de sais metálicos modificados, fora dos padrões normatizados para a aplicação convencional em tratamentos de água e esgoto; Após a coagulação com coagulantes metálicos modificados, a água, sempre seguindo seu curso normal, sem obstruções ou diques, entra na Fase 2 da despoluição, onde são injetados polímeros também modificados, de acordo com a característica da água coagulada com metais, formando flocos de maiores dimensões; Cabe destacar que os óxidos metálicos, que contaminam os cursos d'agua, apresentam densidades específicas muito maiores que os poluentes convencionais orgânicos, sendo justamente um dos desafios fazer com quem tais metais coagulados flutuem, ou flotem, atividade que é realizada na Fase 3 com a liberação múltipla e controlada de uma mistura de água saturada com ar, gerando a liberação de microbolhas de ar. Tais microbolhas são produzidas com um diâmetro específico e constante, adequado ao floco formado, que após a adsorção geram um empuxo adequado e a conseqüente flotação dos flocos, formando uma massa de lodo flotado homogênea na superfície do curso d'água. Tais microbolhas são produzidas através de equipamento que possui dispositivo de remoção de excesso de ar e eliminação de bolhas de diâmetros inadequados à flotação de metais. Esta camada de lodo, que contém todos os metais poluentes e contaminantes do curso d'água, é retirada de forma continuada, resultando na despoluição do curso d'água, após a referida fase 3. No trecho do curso d'água onde é executada a fase 3 é instalada uma cobertura no curso d'água, para impedir a quebra e dispersão do lodo, em virtude das chuvas, uma vez que os pingos da chuva, podem romper a ligação das microbolhas com os flocos e devolver os metais poluentes para o leito do curso d'água, esta cobertura da fase 3 permite inclusive que a unidade de tratamento opere normalmente durante eventos de chuvas. Também é prevista na fase 3 a instalação de dispositivo defletor de fundo de inclinação regulável que direciona os flocos

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8/16 com microbolhas à superfície facilitando a sua flotação, tendo em vista a maior densidade específica do floco formado por metais. O lodo resultante da despoluição do curso d'água, através do processo descrito, e com a utilização dos produtos químicos modificados passa a ser um produto nobre, que pode ser utilizado em diversas aplicações, inclusive para o beneficiamento do minério de ferro de seu interior, tanto para a reutilização na siderúrgica, como para a fabricação dos coagulantes de ferro e alumínio, que são reutilizados na fase 1, deste mesmo processo de despoluição.

[21] Cabe destacar, que os resíduos retirados da estação de tratamento são reciclados e transformados em matéria-prima reutilizável, que atenua o custo de instalação e operação da unidade de tratamento.

[22] O processo de despoluição por aplicação de sais metálicos modificados e flotação de microbolhas com diâmetro específico e constante, despolui de forma eficiente cursos d'água poluídos com metais, conforme se vê mais adiante neste relatório. Ainda, tal processo opera no fluxo natural do curso d'água, de forma a não ter que alterar sua dinâmica de escoamento. A água tratada apresenta alto grau de pureza, suficiente para, se for o caso, suportar flora aquática, características essas que atendem aos objetivos principais da invenção.

[23] O processo incorpora a reciclagem dos rejeitos contaminados com metal, compostos pelos sais metálicos modificados e pelos óxidos metálicos removidos da água bruta, formando uma massa, denominada lodo, rico em metais nobres, com altíssima concentração e viabilidade comercial, proporcionando renda auxiliar que pode ser empregada no abatimento dos custos do próprio processo de despoluição, o que é particularmente interessante em casos de acidentes ecológicos de grandes proporções, cujos reparos normalmente envolvem vultosos recursos financeiros, atendendo assim outros objetivos da invenção.

[24] O presente processo tem custos de implantação e operação relativamente bai

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9/16 xos, o que, em colaboração com a renda auferida com produtos reciclados, conforme acima aludido, proporciona vantagens atendendo assim outros objetivos da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ILUSTRATIVOS DA INVENÇÃO [25] Os desenhos anexos referem-se ao processo de despoluição de cursos de água poluídos com metal e de reciclagem de rejeitos, objeto da presente patente, nos quais:

A fig. 1 mostra um esquema do processo de despoluição de curso d'água poluído com metal; e

As figs. 2 e 3 mostram esquemas de processos de reciclagem de rejeitos, que faz parte do processo de despoluição.

DESCRIÇÃO DETALHADA COM BASE NAS FIGURAS [26] Conforme ilustram as figuras acima relacionadas e é previsto na invenção, o processo, objeto da presente patente, destina-se à despoluição de cursos d'água 100 poluídos com metal, tais como: minério de ferro, alumínio ou outros, cuja superfície contém material sólido flutuante poluído com metal 101; o seu corpo hídrico esta poluído com metal (partículas menores) 102 e o seu fundo contém sedimentos poluídos com metal (partículas maiores) 103, depositados ou carreados no fundo do curso d'água 100; dito processo realizado por Unidade de Tratamento de Rio, UTR, que é instalada diretamente no leito do curso d'água 100 a ser despoluído e que opera no fluxo de água natural deste, sem a necessidade de formação de diques de contenção ou similares; referido processo sendo ajustável a vazões, níveis e outros parâmetros de interesse variáveis do fluxo do curso d'água 100.

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10/16 [27] Referido processo é compreendido por etapas de pré-tratamento realizadas em trecho do curso d'água 100 a montante da UTR e por etapas de despoluição, realizadas por esta.

[28] As etapas de pré-tratamento são compreendidas: Por etapa 10 de retenção de materiais mais densos, como areias e siltes contaminados com metal 103, que se movimentam trazidos pela correnteza e que são decantados e reservados no fundo do curso d'água 100; dita etapa 10 realizada através de caixa de retenção submersa 200; e por etapa 11 de retenção de material flutuante poluído com metal 101 realizada por plataforma flutuante de retenção de detritos 201, que retém objetos poluentes sólidos, flutuantes no curso d'água 100, como: garrafas, pneus, madeiras e outros, que são removidos posteriormente e dita plataforma flutuante de retenção de detritos 201 deixa passar sob a mesma o fluxo de água constitutivo do corpo hídrico poluído com metal 102, que fluirá se restrição ao longo da UTR, onde será despoluído.

[29] A UTR compreende uma sucessão de trechos, bacias 202, 203, 204, 205 do curso d'água 100, nas quais o corpo hídrico poluído com metal 102 deste flui em condições normais sem formação de obstruções e diques e nas quais são realizadas as várias fases do processo de despoluição; dito processo compreendido por:

[30] Fase 1 - Coagulação com sais metálicos modificados. Essa etapa é realizada na bacia de coagulação 202, imediatamente a jusante do pré-tratamento e consiste na aplicação no corpo hídrico poluído com metal 102 de coagulantes 300 tendo como base o cloreto de ferro, cloreto de alumínio, sulfato de ferro, sulfato de alumínio e policloreto de alumínio, para se efetuar a coagulação dos metais poluentes. Na presente invenção, tais sais metálicos são modificados em suas características químicas de mercado, pois os produtos convencionais normatizados para o tratamento convencional de água e esgoto, não atendem às necessidades da aplicação no tratamento de metais, o que enseja a sua adequação em termos de acidez, pH, concentrações dos compostos ativos, alcalinidade, dentre outros parâmetros que são ajustados para

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11/16 cada tipo de água bruta a ser tratada. Ao longo da Fase 1 de Coagulação com sais metálicos modificados forma-se um segmento de corpo hídrico poluído com metal coagulado com sais metálicos modificados 102-300, que segue seu curso normal, sem obstruções ou diques, e entra na Fase 2 da despoluição.

[31] Fase 2 - Floculação com polímeros modificados. Essa etapa é realizada na bacia de floculação 203 à jusante da bacia de coagulação 202 e consiste na aplicação de polímeros 301 no corpo hídrico poluído com metal coagulado com sais metálicos modificados 102-300, formado na Fase 1 anterior. Na presente invenção, os polímeros 301 são modificados de acordo com a característica da água coagulada com metais, formando flocos de maiores dimensões 104. Cabe destacar que os óxidos metálicos, que contaminam os cursos d'agua 100, apresentam densidades específicas muito maiores que os poluentes convencionais orgânicos, sendo justamente um dos desafios fazer com quem tais metais coagulados flutuem, ou flotem, atividade essa que é realizada na Fase 3 seguinte. Assim, de referida Fase 2 de floculação com polímeros modificados resulta o corpo hídrico com água floculada com flocos grandes 102-300301-104, segmento de corpo hídrico esse que segue o seu curso normal, sem obstrução ou diques, para a Fase 3, seguinte.

[32] Fase 3 - Flotação com injeção de microbolhas de ar. Essa fase é realizada na bacia de flotação 204, à jusante da bacia de floculação 203 e consiste na liberação múltipla e controlada de uma mistura de água saturada com ar, gerando microbolhas de ar 105, que são liberadas no segmento de corpo hídrico 102-300-301-104 formado na Fase 2 anterior. Tais microbolhas 105, segundo a presente invenção, são produzidas com um diâmetro específico e constante, adequado ao floco formado, tal que, após a absorção das microbolhas 105 pelos flocos 104, formam-se flocos maiores incorporados com ar 104-105 sobre os quais atua empuxo adequado e a consequente flotação de ditos flocos maiores incorporados com ar 104-105, formando-se uma massa de lodo flotado homogênea 106 na superfície do corpo hídrico 102-300-301104, formado na Fase 2 anterior. Tais microbolhas 105 são produzidas através de

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12/16 equipamento 208 que possui dispositivo de remoção de excesso de ar e eliminação de bolhas de diâmetros inadequados à flotação de metais. A flotação é feita com auxílio de defletor de fundo de inclinação regulável que direciona os flocos com microbolhas à superfície facilitando a sua flotação, tendo em vista a maior densidade específica do conjunto. Nessa Fase 3 forma-se, portanto, segmento de corpo hídrico poluído com metal que já foi tratado com as operações sucessivas contínuas: de coagulação com sais metálicos modificados, de floculação com polímeros modificados e de flotação com incorporação de microbolhas de ar nos flocos, formando flocos grandes incorporados com microbolhas de ar que sobem no corpo hídrico por empuxo e uma massa de lodoflotado homogênea na superfície 102-300-301-104-105-106, segmento de corpo hídrico esse que segue, em fluxo normal sem obstruções ou formação de diques, para a Fase 4, seguinte.

[33] Fase 4 - Retenção e retirada do lodo. Essa fase é realizada na bacia de retenção e retirada do lodo 205 à jusante da bacia de flotação 204 e compreende a retenção do lodo 106, realizada por equipamento flutuante 206, localizado no fim da bacia retenção e retirada do lodo 205 e que retém o lodo superficial 106 e deixa passar, sob a mesma, o corpo hídrico de água despoluída 107, que segue, de forma normal sem obstrução ou formação de diques, ao longo do leito do curso d'água 100 à jusante da UTR; e a remoção do lodo 106, retido no equipamento flutuante 206, é realizada através de equipamento de bombeamento adequado 207. Esta camada de lodo 106, que contém todos os metais poluentes e contaminantes do curso d'água 100, é retirada de forma continuada, resultando em corpo hídrico de água despoluída 107, que segue o curso d'água 100, normalmente sem obstrução ou formação de diques após referida fase 4.

[34] Fase 5 - Recirculação de água despoluída. Adicionalmente, o processo de despoluição compreende a Fase 5 de recirculação de água despoluída 107 com captação desta em ponto a jusante da Fase 4 de Retenção e retirada do lodo e alimentação no equipamento 208 dotado do dispositivo de remoção de excesso de ar e eliminação de

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13/16 bolhas de diâmetros inadequados, que provê as microbolhas de ar 105 na Fase 3 de flotação com injeção de microbolhas de ar.

[35] O presente processo prevê a bacia de flotação 205 dotada de cobertura 209 destinada a impedir a dispersão do lodo 106 em caso de chuvas.

[36] O processo funciona da seguinte maneira: O fluxo de água do curso d'água 100 poluído com metal, como o minério de ferro, passa pelo pré-tratamento, no qual os sedimentos de fundo de cursos d'água poluídos com partículas de metal 103 e o material flutuante contaminado com metal 101 são retidos na caixa de retenção 200 e na plataforma flutuante de retenção de detritos 201 respectiva mente e o corpo hídrico poluído com partículas metálicas 102 segue para a Unidade de Tratamento de Rio, UTR.

[37] O corpo hídrico poluído com partículas metálicas 102 atravessa a UTR, ao longo da qual é despoluído. Assim, o corpo hídrico poluído com metal 102 passa primeiramente pela Fase 1 de Coagulação com sais metálicos modificados, da qual sai um segmento de corpo hídrico poluído com metal coagulado com sais metálicos modificados 102-300, que flui normalmente, sem contenção ou formação de diques, para a Fase 2 de Floculação com polímeros modificados. Nesta forma-se um segmento de corpo hídrico poluído com metal coagulado com sais metálicos modificados e flocado com polímeros modificados, formando flocos grandes 102-300-301-104, que segue o seu curso normal, sem obstrução ou diques, para a Fase 3 de Flotação com injeção de microbolhas de ar, da qual sai um segmento de corpo hídrico poluído com metal resultante das operações sucessivas contínuas: de coagulação com sais metálicos modificados, de floculação com polímeros modificados, formando flocos grandes e de flotação pela incorporação de microbolhas de ar, formando flocos grandes incorporados com microbolhas de ar, que sobe no corpo hídrico por empuxo e uma massa de lodo flotado homogêneo na superfície 102-300-301-104-105-106 que segue, em fluxo normal sem obstruções ou formação de diques, para a Fase 4 de retenção e retirada

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14/16 do lodo, seguinte. Nesta fase 4, uma equipamento flutuante 206 retém o lodo 106 e deixa passar sob a mesma o corpo hídrico de água despoluída 107, que segue, de forma normal sem obstrução ou formação de diques, ao longo do leito do curso d'água 100 e simultaneamente de forma contínua o lodo retido 106 é retirado através de equipamento adequado 207. Simultaneamente, também há recirculação de água despoluída 107 para o equipamento 208 que provê as microbolhas de ar 105 na Fase 3 de flotação com injeção de microbolhas de ar.

[38] O processo de despoluição de curso de água poluído com metal com tais características proporciona resultados de altíssima remoção de metais, turbidez, cor, sólidos suspensos totais, dentre outros parâmetros, atingindo níveis de 99 a 99,9% de eficiência global, apenas com uma Unidade de Tratamento de Rio.

[39] Os parâmetros para auferir a qualidade da água despoluída 107, conferem a estas altas taxas de despoluição, suficiente até, se for o caso, para abrigar flora aquática, que é o desejável em cursos d'água em geral, particularmente os que compõem a bacia do rio Doce afetada pelo acidente de Mariana, devido principalmente a remoção quase que total dos poluentes e a alta oxigenação da água inerente ao processo de tratamento cujas etapas utilizam o oxigênio presente no ar atmosférico como agente oxidante dos poluentes e de transferência de oxigênio dissolvido para a água tratada.

[40] Em continuidade, tem-se que o presente processo de despoluição de curso d'água poluído com metal é compreendido ainda por Fase 6 constituída por processos de reciclagem dos rejeitos contaminados com minério de ferro retirados do curso d'água 100 (figs. 2,3).

[41] Assim, a Fase 6 pode ser constituída por processo de reciclagem de minério de ferro do lodo 106 retirado da superfície da bacia de flotação 205 compreendido (fig.

2): por etapa 20 de desidratação do lodo poluído com minério de ferro 106 em um

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15/16 filtro de manta de fibra, geotêxtil, 400 formando camada composta, substancialmente, de argila 110 e minério de ferro e outros metais nobres 111; e etapa 21 de separação do minério de ferro e outros metais nobres 111 da argila 110 feita em forno adequado 401. O minério de ferro e outros metais nobres 111 podem ser usados como matéria-prima em indústria siderúrgica ou matéria-prima em indústria química para obtenção de cloreto de ferro, ou sulfato de ferro, entre outros sais metálicos, utilizados na própria UTR ou vendidos para abater o custeio do processo de despoluição ou destinado a outras aplicações mais rentáveis.

[42] A etapa 6 pode ser compreendida por processo de fabricação de materiais de construção, compreendendo o aproveitamento dos sedimentos poluídos com metal 103 retidos pela caixa de retenção 200 e do lodo com metal 106; dito processo compreendendo (fig. 3): etapa 30 de retirada dos sedimentos poluídos com metal 103 da caixa de retenção 200 e armazenamento 410; etapa 31 de mistura e homogeneização de sedimentos poluídos com metal 103; lodo com metal 106 e cimento 500 usado na proporção de aproximadamente 10% da mistura, realizada em misturador 411; etapa 32 de conformação, em equipamento tipo prensa 412, de uma porção adequada da mistura sedimentos, lodo, cimento 103-106-500 para formar bloco estrutural ou outros materiais de construção, como pisos, painéis de vedação e outros. O fato de os sedimentos e lodo terem incorporadas partículas metálicas confere ao material de construção maior resistência mecânica. No caso de blocos para construção de edificações, estes têm função estrutural podendo ser usados para construção de prédios com vários andares sem uso de estrutura de concreto armado, ou seja, blocos autoportantes.

[43] Os equipamentos que realizam o processo compreendem, substancialmente, a caixa 200 de retenção de sedimentos do fundo do curso d'água; plataforma flutuante de retenção de detritos 201; equipamentos que compõem a UTR, como equipamentos de injeção de coagulante, de floculante e de microbolhas de ar, constituídos, basicamente, por estrutura transversal ao curso d'água, que incorpora passarela de circu

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16/16 lação e equipamentos próprios para aplicação dos insumos, geralmente, de tipo injetores, dito equipamento formado ainda por equipamento flutuante 206 de retenção do lodo.

[44] O equipamento de recirculação constitui bomba e tubulação ligada ao equipamento misturador água ar 208, do qual derivam tubulações ligadas aos injetores de aeração e microaeração. Fazem parte do sistema ainda equipamentos sopradores, tanques de produtos químicos, subestação de energia elétrica, dragas dentre outros. O processo é comandado por sistema computadorizado que recolhe informações em vários pontos de processo (sensores), como informações relacionadas com vazão, nível, turbidez, pH e outras relativas ao curso d'água tratado, processa-as e emite sinais de comando para atuadores dos vários equipamentos que compõem a UTR, e dentro da construção básica acima descrita, pleiteia-se que o processo de despoluição de cursos de água contaminados com metais e de reciclagem de rejeitos, objeto do presente patente, possam receber modificações de construção, dimensionamento, materiais, configurações funcionais, relativas a etapas e parâmetros de processo, sem que fuja do âmbito de proteção da patente.

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Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, realizado por Unidade de Tratamento de Rio, UTR, instalada diretamente no leito do curso d'água (100) a ser despoluído, que opera no fluxo de água natural deste, sem a necessidade de formação de diques de contenção ou similares; dito processo ajustável a vazões, níveis e outros parâmetros e que compreendem o prétratamento realizado a montante da UTR e a despoluição realizada nesta; caracterizado por pré-tratamento compreendido: Por etapa (10) de retenção de materiais mais densos como areias e siltes (103), contaminados com metais, carreados no fundo do curso d'água (100), dita etapa realizada através de caixa de retenção submersa (200); e por etapa (11) de contenção de material flutuante (101) poluído com metais, realizada por uma plataforma flutuante de retenção de detritos (201); dita Unidade de tratamento de Rio, UTR, compreendida por uma sucessão de trechos, bacias (202), (203), (204), (205), do curso d'água (100), nas quais o corpo hídrico poluído com metal (102) flui em condições normais sem formação de obstruções e diques e nas quais são realizadas as várias fases do processo de despoluição; dito processo compreendido por:

   Fase (1) - Coagulação com sais metálicos modificados, realizada na bacia de coagulação (202), imediatamente à jusante do pré-tratamento e consistindo na aplicação no corpo hídrico poluído com metal (102) de coagulantes compostos de sais metálicos modificados (300), sendo que ao longo da Fase (1) de Coagulação com sais metálicos modificados forma-se um segmento de corpo hídrico poluído com metal coagulado com sais metálicos modificados (102)-(300);

   Fase (2) - Floculação com polímeros modificados, realizada em bacia de floculação (203) à jusante da bacia de coagulação (202) e consistindo na aplicação de polímeros modificados (301) no corpo hídrico poluído com metal coagulado

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2. 2/5 com sais metálicos modificados (102)-(300), formado na Fase (1) anterior, formando-se assim na saída de dita Fase (2) um segmento de corpo hídrico poluído com metal já tratado com as operações: de coagulação com sais metálicos modificados e de floculação com polímeros modificados, formando flocos (102)(300)-(301)-(104);

   Fase (3) - Flotação com injeção de microbolhas de ar realizada na bacia de flotação (204) dotada de cobertura (209) e localizada a jusante da bacia de floculação (203); dita Fase (3) consistindo na liberação múltipla e controlada de uma mistura de água saturada com ar, gerando microbolhas (105), que são liberadas no segmento de corpo hídrico (102)-(300)-(301)-(104) formado na Fase (2) anterior; ao fim de dita Fase (3) forma-se segmento de corpo hídrico poluído com metal já tratado com operações sucessivas e contínuas: de coagulação com sais metálicos modificados, de floculação com polímeros modificados e de flotação com incorporação de microbolhas de ar nos flocos, formando assim flocos grandes incorporados com microbolhas de ar que sobem no corpo hídrico por empuxo e uma massa de lodo flotado homogêneo na superfície (102)-(300)-(301)(104)-(105)-(106);

   Fase (4) - Contenção e retirada do lodo, realizada na bacia de contenção e retirada do lodo (205) a jusante da bacia de flotação (204) e que compreende a retenção do lodo (106) por barreira flutuante (206), localizada no fim da bacia contenção e retirada do lodo (205) e que retém o lodo superficial (106) e deixa passar, sob a mesma, o corpo hídrico de água despoluída (107), que segue, de forma normal sem obstrução ou formação de diques, ao longo do leito do curso d'água (100) à jusante da UTR; e a remoção do lodo (106), retido na barreira flutuante (206), é realizada através de equipamento de remoção adequado (207); e

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3. 3/5

   Fase (5) - Recirculação de água despoluída (107) com captação desta em ponto a jusante da Fase (4) de Contenção e retirada do lodo e alimentação em equipamento (208) dotado do dispositivo de remoção de excesso de ar e eliminação de bolhas de diâmetros inadequados à flotação de metais, que provê as microbolhas de ar (105) na Fase (3) de flotação.

   2 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por metais modificados (300) tendo como base cloreto de ferro, cloreto de alumínio, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, policloreto de alumínio, com acidez, pH, concentrações dos compostos ativos, alcalinidade, ajustados para cada tipo de água bruta a ser tratada.

   3 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por polímeros (301) modificados de acordo com a densidade específica dos óxidos metálicos coagulados na água a ser tratada visando obtenção de flocos (104) adequados para quando associados às microbolhas de ar (105), injetadas na Fase 3), prover flocos de óxidos metálicos incorporados com microbolhas de ar (104)-(105) de dimensões adequadas para proporcionar força de empuxo suficiente para a flotação destes flocos metálicos.
4. 4 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por microbolhas (105) com um diâmetro específico e constante, adequado ao floco (104) formado, para que, após a absorção das microbolhas (105) pelos flocos (104), formem-se flocos maiores incorporados com ar (104)-(105) sobre os quais atua empuxo adequado à flotação.
5. 5 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por microbolhas (105) produzidas por equipamento (208) que possui dispositivo de remoção de excesso de ar e

   Petição 870170097513, de 13/12/2017, pág. 27/33 eliminação de bolhas de diâmetros inadequados à flotação de metais.
6. 6 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 4, 5, caracterizado por flotação feita com auxílio de defletor de fundo, de inclinação regulável que direciona os flocos com microbolhas (104)-(105) à superfície, facilitando a sua flotação devido a maior densidade específica dos flocos formados por metais.
7. 7 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 4, 5, caracterizado pelo trecho de flotação é executada a fase (3) ser instalada uma cobertura no curso d'água, para impedir a quebra e dispersão do lodo, em virtude das chuvas, esta cobertura da fase (3) permite que a unidade de tratamento opere normalmente durante eventos de chuvas;
8. 8 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos sedimentos (103), contidos na etapa (10), serem sedimentos (103) poluídos com partículas de metal; o material flutuante (101), contido pela etapa (11), ser material flutuante (101) poluído com partículas de metal; e o corpo hídrico (102), despoluído na UTR, ser corpo hídrico (102) poluído com partículas de metal.
9. 9 - PROCESSO DE DESPOLUIÇÃO DE CURSOS DE ÁGUA CONTAMINADOS COM METAIS, de acordo com a reivindicação 1 a 8, caracterizado pela partícula de metal separada pelo processo dos sedimentos (103) e do corpo hídrico (102) ser partícula de minério de ferro, alumínio, prata, outro, dentre outros metais contaminantes, atingindo eficiências globais de 99 a 99,9%.
10. 10 - PROCESSO DE RECICLAGEM DE REJEITOS, que faz parte do processo de despo

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    5/5 luição de cursos de água contaminados com metais das reivindicações 1 a 9, caracterizado por reciclar o lodo (106) poluído com partículas de minério de ferro, formado na etapa (4) de flotação do processo de despoluição, dito processo de reciclagem compreendido: por etapa (20) de desidratação do lodo poluído com partículas de minério de ferro (106) dentre outros metais, em corpo de manta de fibra, geotêxtil, (400) formando camada composta, substancialmente, de argila (110) e flocos de minério de ferro (111); e etapa (21) de separação dos flocos de minério de ferro (111) da argila (110) feita em forno adequado (401); dito minério de ferro e outros metais nobres (111) sendo usado como matéria-prima para processos industriais como a siderurgia ou a indústria química.
11. 11 - PROCESSO DE RECICLAGEM DE REJEITOS, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo minério de ferro (111), extraído do lodo (106), ser usado como matéria-prima para fabricação de cloreto de ferro.
12. 12 - PROCESSO DE RECICLAGEM DE REJEITOS, que faz parte do processo de despoluição de cursos de água contaminados com metais das reivindicações 1 a 10, caracterizado por aproveitar os sedimentos poluídos com partículas de minério de ferro (103) e lodo poluído com partículas de minério de ferro (106); dito processo compreendendo: etapa (30) de retirada dos sedimentos poluídos com partículas de minério de ferro (103) da caixa de retenção (200) e armazenamento (410); etapa (31) de mistura e homogeneização de sedimentos poluídos com partícula de minério de ferro (103); lodo poluído com partícula de minério de ferro (106) e cimento (500), realizada em misturador (411); etapa (32) de conformação, em equipamento tipo prensa (412), de uma porção adequada da mistura sedimentos, lodo, cimento (103)-(106)-(500) para formar elementos de material de construção tipo bloco estrutural ou piso ou revestimento.

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    1 /3 pré-tratamento U I r\ (despoluição)

    O u

    00 CN

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