BR112014004296B1

BR112014004296B1 - Tratamento de água para estender o tempo de vida do ozônio

Info

Publication number: BR112014004296B1
Application number: BR112014004296-9A
Authority: BR
Inventors: Steve L. Hengsperger; Justin L. Namespetra; Jamie O'Neil
Original assignee: Tersano Inc
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2021-06-15
Also published as: RU2014111067A; CA2802785E; EP3421055B1; CA2802785A1; MX355595B; CO6910178A2; CN106000479B; US9783443B2; EP2747789A1; JP6104962B2; RU2580755C2; JP2014531300A; CN103957945B; US20140175017A1; JP5759632B2; ES2787498T3; JP2015142915A; EP2747789B1; CN103957945A; MX2014001968A

Abstract

tratamento de água para estender o tempo de vida do ozônio. um sistema para o fornecimento de um líquido ácido ionizado ozonizado. o sistema inclui uma entrada de líquido disposta de modo a aceitar um líquido no sistema, uma resina de troca catiônica à base de ácido, em comunicação fluida com a entrada de líquido, a resina adaptada para a troca de cátions do líquido aceito com íons de h+ da resina; um aparelho para dissolver ozônio em comunicação fluida com a entrada de líquido e com a resina de troca catiônica à base de ácido; e uma saída de líquido em comunicação fluida com a entrada de líquido, com a resina de troca catiônica à base de ácido e com o aparelho de dissolução de ozônio. o aparelho de dissolução de ozônio e a resina de troca catiônica a base de ácido cooperando para produzir líquido ácido ionizado ozonizado para ser dispensado a partir do sistema através da saída de líquido.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[1] Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido Provisório de Patente dos EUA N° 61/527,284 depositado em 25 de Agosto de 2011, o qual é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

CAMPO

[2] A presente invenção refere-se genericamente a métodos e sistemas para a produção de água ozonizada. Mais particularmente, a presente descrição refere-se a métodos de ozonização e sistemas para o tratamento de água na produção de água ozonizada.

FUNDAMENTO

[3] O ozônio é um alótropo natural de oxigênio. Tem sido conhecido e utilizado como oxidante e desinfetante. Em soluções aquosas, o ozônio é capaz de matar bactérias em segundos, em concentrações adequadas. É muitas vezes desejável a utilização de ozônio como agente desinfetante ou de higienização, pois não deixa odor e não deixa nenhum resíduo. As propriedades de higienização de ozônio dissolvido na água, bem como a sua ausência de odor e de resíduos, fazem uma tal solução desejável para utilização para limpeza e desinfecção. Água ozonizada pode ser usada para desinfetar ou esterilizar tanto em ambientes comerciais como domésticos. Por exemplo, a água ozonizada pode ser usada para desinfetar ou esterilizar bancadas de banheiro, frutas e verduras, pratos e talheres, ou pisos.

[4] Um método conveniente para a utilização de ozônio como desinfetante ou higienizador é dissolvendo-o em água ou numa solução à base de água. A estabilidade do ozônio é muitas vezes um fator de complicação na sua utilização como um agente de higienização ou desinfetante devido à elevada reativida de do ozônio, que lhe proporciona as suas propriedades de desinfecção e de higienização, resulta também na reação com agentes redutores e, por conseguinte, na decomposição. O ozônio na água ozonizada, produzido em antecipação à demanda, acabará por se decompor e voltar a ser água não ozonizada.

[5] Sistemas de ozonização para a produção de água ozonizada adequada para a limpeza, desinfecção ou sanitização podem ser sistemas de recirculação ou de não- recirculação.

[6] Os sistemas de ozonização de recirculação são projetados com um tanque de água e um percurso de fluxo ozonizante de recirculação. A água flui através do percurso de fluxo ozonizante e dissolve uma quantidade de ozônio no mesmo. Baixa eficiência no percurso do fluxo ozonizante resulta na necessidade de se recircular a água ozonizada de volta através do percurso de fluxo de ozonização a fim de atingir a quantidade desejada de ozônio dissolvido. Isto é tipicamente conseguido por recirculação da água ozonizada de volta para o tanque de água e fazendo funcionar o sistema de ozonização durante um período de tempo até que a água no tanque fique suficientemente ozonizada.

[7] Sistemas de ozonização têm abordado o atraso entre (a) o arranque do sistema e (b) o fornecimento de água ozonizada com um nível utilizável de ozônio através do aumento da eficiência do percurso de fluxo ozonizante e/ou por meio de um sistema de recirculação contínuo.

[8] É possível produzir água ozonizada "sob demanda", usando um sistema de ozonização de recirculação contínua. Sistemas de ozonização de recirculação contínua têm um percurso de fluxo de ozonização que recircula a água ozonizada de volta ao tanque de retenção, e o sistema ozoniza a água no sistema independentemente de água ozonizada estar a ser distribuída. Em tais sistemas, o ozônio é continuamente adicionado à água para substituir qualquer ozônio que se decompôs, ou para ozonizar qualquer água fresca que foi adicionada para substituir a água ozonizada removida do sistema. Um estado estacionário de água ozonizada é eventualmente atingido com base no fluxo de entrada e de saída, bem como da eficiência do percurso de fluxo de ozonização utilizado no sistema de ozonização. No entanto, no início da ozonização, o nível de ozônio dissolvido é baixo e aumenta gradualmente até alcançar o estado de equilíbrio.

[9] Também é possível utilizar um sistema de ozonização não-recirculante. Tais sistemas de fornecimento de água ozonizada "sob demanda", sem a necessidade de um sistema de recirculação contínua. Isto é, os sistemas de ozonização não-recirculantes distribuem ozônio que foi adicionado à água por meio de uma única passagem através do percurso de fluxo ozonizante, e assim acaba a necessidade de um tanque de retenção.

[10] Em ambos os sistemas ozonização de recirculação e de não-recirculação, independentemente do fato dos sistemas fornecerem ou não água ozonizada "sob demanda", é desejável aumentar a concentração de ozônio dissolvido e reduzir a taxa de decomposição do ozônio.

[11] Vários fatores impactam a taxa de decomposição de ozônio (Ericksson, M. "Ozone Chemistry in Aqueous Solution" 2005 Licentiate Thesis, Dept. of Chemistry, Royal Institute of Technology, Estocolmo, Suécia; e Uhm HS, et al. "Increase in the ozone decay time in acidic ozone water and its effects on sterilization of biological warfare agents", J. Hazard Mater. 15 de Setembro de 2009; 168 (2- 3):1595-601, epub 2009 Mar 21). Por exemplo, o aumento da temperatura, o aumento da velocidade de agitação e força iônica superior todos aceleram a taxa de decomposição do ozônio em soluções aquosas. Em contraste, a adição de sequestrantes de radicais ou de outros estabilizadores (por exemplo, surfactantes micelares), e a diminuição do pH da solução usando sistemas de tampão ácidos, estabilizam o ozônio e reduzem a taxa de decomposição do ozônio.

[12] A utilização de água destilada ou deionizada (água DI) é entendida como sendo vantajosa para a produção de água ozonizada. Sistemas de ozonização que usam descarga de corona, utilizam preferencialmente água deionizada pois os íons presentes na água de torneira podem "envenenar" a célula de ozônio e encurtar sua vida útil (ver Patente dos EUA n° 6964739). Um exemplo de um sistema de ozonólise que utiliza água DI é o LIQUOZON® Ultra - Ozone Sanitization of DI Water Loop and Storage Tank, fabricado pela MKS Instruments. A unidade de água ozonizada DI LIQUOZON® Ultra é um sistema de injeção de ozônio automatizado utilizado para a higienização de sistemas de água de processo, tanques de armazenamento e linhas de distribuição.

[13] É desejável proporcionar um método e sistema para o tratamento de água de modo que, em comparação com a água não tratada, a taxa média de decomposição do ozônio na água tratada é reduzida.

RESUMO

[14] A presente invenção fornece um método e sistema para o tratamento de água de modo que, em comparação com a água não tratada, a taxa média de decomposição do ozônio na água tratada é reduzida. Como uma consequência de uma taxa de decomposição reduzida, o tempo de vida de ozônio dissolvido na água tratada é aumentado. Em um aspecto, a presente descrição proporciona um sistema para fornecer um líquido ácido ionizado ozonizado. O sistema inclui uma entrada de líquido disposta de modo a aceitar um líquido no sistema; uma resina de troca catiônica à base de ácido, em comunicação fluida com a entrada de líquido, a resina adaptada para trocas de cátions no líquido aceito com os íons H+ sobre a resina; um aparelho de dissolução de ozônio em comunicação fluida com a entrada de líquido e a resina de troca catiônica à base de ácido; e uma saída de líquido em comunicação fluida com a entrada de líquido, a resina de troca catiônica à base de ácido e o aparelho de dissolução de ozônio. O aparelho de dissolução de ozônio e resina de troca catiônica a base de ácido cooperando para produzir o líquido ácido ionizado ozonizado para dispensação do sistema através da saída de líquido.

[15] O ozônio no líquido ozonizado dispensado pode ter um tempo de vida que é: maior que o tempo de vida de ozônio no líquido que não seja tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e que é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado dispensado; e maior do que o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado o qual é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado dispensado.

[16] O aparelho de dissolução de ozônio pode ser um percurso de fluxo ozonizante que compreende: um gerador de ozônio para a produção de ozônio para a mistura com o líquido aceito. O percurso do fluxo ozonizante pode ainda compreender um misturador, em comunicação fluida com o gerador de ozônio, para misturar o ozônio gerado e o líquido aceito para produzir o líquido ozonizado.

[17] O sistema pode também incluir um tanque de retenção, onde a resina de troca catiônica à base de ácido situa-se num percurso de fluxo de recirculação que é adaptado para recircular o líquido para o tanque de retenção. Em alternativa, o sistema pode também incluir um tanque de retenção e a resina de troca catiônica à base de ácido pode ser localizada no tanque de retenção.

[18] Em alternativa, o sistema pode ter a resina de troca catiônica à base de ácido localizado num percurso de fluxo de não-recirculação. Um tal sistema pode também incluir um reservatório de retenção e o percurso de fluxo de não-recirculação pode fornecer líquido para o tanque de retenção. Alternativamente, o percurso de fluxo de não- recirculação pode fornecer líquido para o aparelho de dissolução de ozônio.

[19] Qualquer um dos sistemas anteriormente descritos podem ter a resina de troca catiônica à base de ácido para aceitar líquido desde a entrada de líquido e o aparelho de dissolução de ozônio para aceitar líquido tratado pela resina. Alternativamente, qualquer um dos sistemas anteriormente descritos, podem ter o aparelho de dissolução de ozônio para aceitar líquido desde a entrada de líquido e a resina de troca catiônica à base de ácido para aceitar o líquido ozonizado.

[20] A resina de troca catiônica à base de ácido pode ser uma resina de ácido forte. A resina de troca catiônica à base de ácido pode ser uma resina de ácido fraco.

[21] Os cátions no líquido aceito podem estar presentes no líquido quando o líquido é aceito pelo sistema de ozonização ou podem ser adicionados ao líquido pelo sistema de ozonização.

[22] Em outra modalidade, é proporcionado um método para a produção de um líquido ácido ionizado ozonizado. O método inclui a troca catiônica presente no líquido com íons H+ de uma resina de troca catiônica à base de ácido; e ozonizar o líquido. A troca catiônica e ozonização do líquido, juntos produzem o líquido ácido ionizadoozonizado.

[23] O líquido poder ser ozonizado após os cátions serem trocados. O líquido poder ser ozonizado antes de os cátions serem trocados.

[24] O ozônio no líquido ozonizado produzido usando um método tal como descrito acima pode ter um tempo de vida, que é o seguinte: maior do que o tempo de vida de ozônio no líquido que não é tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado; e maior do que o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado que é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado.

[25] O método pode também incluir a adição de cátions ao líquido recebido antes de os cátions serem trocados.

[26] Em ainda outra modalidade, é proporcionado um sistema para aumento do tempo de vida de ozônio dissolvido num líquido. O sistema inclui: uma resina de troca catiônica à base de ácido, a resina adaptada para a troca catiônica no líquido com íons de H+ na resina; e um aparelho de dissolução de ozônio na comunicação fluida com a resina de troca catiônica à base de ácido, o aparelho de dissolução do ozônio e a resina de troca catiônica baseada em ácido cooperando para produzir um líquido ácido ionizado ozonizado. O ozônio no líquido ácido ionizado ozonizado tem um tempo de vida, que é: maior do que o tempo de vida de ozônio no líquido que não é tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado; e maior do que o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado o qual é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado.

[27] Em ainda outra modalidade, é proporcionado um método para aumentar o tempo de vida de ozônio dissolvido num líquido. O método inclui: a troca catiônica presente no líquido com íons H+ de uma resina de troca catiônica à base de ácido; e ozonizar o líquido em que a troca catiônica e ozonizando o líquido em conjunto, produzem um líquido ácido ionizado ozonizado. O ozônio no líquido ácido ionizado ozonizado resultante tem um tempo de vida, que é: maior do que o tempo de vida de ozônio no líquido que não é tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado; e maior do que o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado o qual é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado.

[28] Outros aspectos e características da presente divulgação, serão evidentes para aqueles normalmente versados na técnica após a revisão da descrição seguinte de exemplos específicos, em conjunto com as figuras que a acompanham.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[29] Os exemplos da presente descrição irão agora ser descritos, a título de ilustração apenas, com referência às figuras anexas.

[30] A FIG. 1 é uma ilustração de um sistema de fornecimento de líquido ozonizado de acordo com a presente divulgação.

[31] A FIG. 2A é uma ilustração de um exemplo do sistema ilustrado na FIG. 1.

[32] A FIG. 2B é uma ilustração de um outro exemplo do sistema ilustrado na FIG. 1.

[33] A FIG. 2C é uma ilustração de ainda outro exemplo do sistema ilustrado na FIG. 1.

[34] A FIG. 2D é uma ilustração de ainda mais outro exemplo do sistema ilustrado na FIG. 1.

[35] A FIG. 3A é uma ilustração de um exemplo de um percurso de fluxo ozonizante que pode ser usado num sistema de acordo com a presente divulgação.

[36] A FIG. 3B é uma ilustração de um outro exemplo de um percurso de fluxo ozonizante que pode ser usado num sistema de acordo com a presente divulgação.

[37] A FIG. 3C é uma ilustração de um outro exemplo de um percurso de fluxo ozonizante que pode ser usado num sistema de acordo com a presente divulgação.

[38] A FIG. 4A é uma ilustração de um método para o fornecimento de líquido ozonizado de acordo com a presente divulgação.

[39] A FIG. 4B é uma ilustração de um outro método para fornecer líquido ozonizado de acordo com a presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[40] Em geral, a presente divulgação fornece um método e sistema para o tratamento de uma solução aquosa (por exemplo, água), de modo que, em comparação com ozônio dissolvido em solução aquosa sem tratamento, a taxa de decomposição do ozônio na solução tratada é reduzida e o tempo de vidado ozônio dissolvido na solução tratada é aumentado.

[41] Para os fins desta descrição, os termos "solução aquosa", "líquido" e "água" são usados alternadamente, embora a água é um exemplo de uma solução aquosa, que pode ser tratado usando a resina de troca catiônica à base de ácido das formas de realização aqui descritas.

[42] Um sistema de ozonização, e um método de produção de uma solução aquosa ozonizada, de acordo com uma forma de realização da presente descrição incluem uma resina de troca catiônica à base de ácido que remove espécies catiônicas a partir da solução aquosa e substitui as espécies catiônicas removidas com íons H+, reduzindo assim o pH da solução aquosa (isto é, aumentando a acidez) e produz uma solução ácida ionizada. Os métodos e sistemas de acordo com a presente divulgação usam resinas de troca catiônica baseadas em ácido e um aparelho de dissolução de ozônio para a produção de líquidos ácidos ionizados ozonizados.

[43] Para gerar líquidos ácidos ionizados ozonizados, líquidos que são aceitos pelas resinas de troca catiônica à base de ácido incluem cátions nela dissolvidos a fim de proporcionar cátions que podem ser trocados com íons H+ na resina. Os cátions dissolvidos no líquido podem estar presentes na fonte de líquido aceito pelo sistema de ozonização, ou podem ser adicionados pelo sistema de ozonização. Por exemplo, o sistema de ozonização pode aceitar uma fonte de água com uma pequena quantidade de cátions e pode adicionar cátions adicionais por adição de uma solução de NaCl à água.

[44] Além disso, seria entendido que os métodos e sistemas de acordo com a presente divulgação não incluem resinas de troca aniônica que geram íons -OH uma vez que tais íons -OH iriam reagir com os íons H+ adicionados para gerar uma solução neutra, não-ionizada.

[45] Um sistema de ozonização de acordo com uma forma de realização da presente descrição é ilustrada na FIG. 1. Como pode ser visto na FIG. 1, o sistema de ozonização 1 inclui uma entrada 2 para a aceitação de um líquido para dentro do sistema; uma saída de líquido 4 para distribuir líquido ozonizado para fora do sistema, a saída de líquido 4 está em comunicação fluida com a entrada de líquido 2; uma resina de troca catiônica à base de ácido 6 em comunicação fluida com a entrada de líquido 2 e a saída de líquido 4; e um aparelho de dissolução de ozônio 8 em comunicação fluida com a entrada de líquido 2, a saída de líquido 4, e a resina de troca catiônica à base de ácido 6. O sistema de ozonização está adaptado para: troca de cátions no líquido aceito com íons H+ da resina de troca catiônica à base de ácido 6; e ozonizar o líquido aceito usando o aparelho de dissolução de ozônio 8 para produzir um líquido ácido ionizado ozonizado a ser distribuído pela saída de líquido 4.

Resultados experimentais.

[46] Verificou-se que o tratamento de um líquido não tratado que contém cátions, por exemplo, água da torneira, com uma resina de troca catiônica à base de ácido e uma fonte de ozônio resulta numa solução ozonizada que tem uma taxa de decomposição do ozônio que é reduzida (e assim, um tempo de vida para o ozônio dissolvido que é aumentada), quando comparado a: 1) água não tratada da torneira, 2) água deionizada, 3) água da torneira acidificada, e 4) água deionizada acidificada. Água deionizada foi produzida usando um cartucho deionizador de leito misto com um pré- filtro de bloco de carbono. O ozônio foi produzido usando descarga de corona, com uma corrente de 1 ampère e uma taxa de fluxo entre 2,5 a 3 litros/minuto de água fria da torneira. A concentração de ozônio foi medida utilizando um sistema de medição de ozônio dissolvido Micro 7+. A meia- vida das cinco soluções aquosas diferentes são mostradas nas Tabelas 1 e 2, abaixo.

[47] Tabela 1 - tempo de vida de ozônio para águatratada com ácido fraco

[48] Tabela 2 - tempo de vida de ozônio para água tratada com ácido forte

[49] Como se pode observar nas Tabelas 1 e 2, o tratamento da água da torneira utilizando uma resina de troca catiônica à base de ácido e ozonização da solução resulta num aumento no tempo de vida do ozônio que é maior do que o tempo de vida do ozônio em outras soluções de pH semelhante que não foram tratadas com a resina de troca catiônica com base em ácido.

[50] Isto é surpreendente, uma vez que, de acordo com Ericksson e Uhm, como discutido na seção Fundamento, seria de esperar que todas as soluções com pH semelhante tivessem um tempo de vida de ozônio semelhante, e que soluções com pH mais baixo tivessem meias-vidas de ozônio mais longas.

[51] No entanto, como pode ser visto na Tabela 1, a água tratada com a resina de troca catiônica de ácido fraco proporciona um tempo de vida mais longa de ozônio (2 horas versus 40 minutos), apesar de que a solução produzida usando a resina de troca catiônica de ácido fraco é menos ácida do que a solução de água da torneira gerada usando ácido acético (AcOH) (pH 5,2 vs. 4,65).

[52] Além disso, como pode ser visto nas Tabelas 1 e 2, a água tratada com resina de troca catiônica de ácido forte resulta em um tempo de vida do ozônio que é significativamente mais longa do que o tempo de vida do ozônio na água deionizada, mesmo quando ambas as soluções têm um pH muito semelhante. Água da torneira deionizada tratada com ácido acético para resultar num pH de 3,4, caso o tempo de vida fosse determinada pelo pH, se esperava ter um tempo de vida de ozônio que fosse semelhante à da água de torneira tratada com resina de troca catiônica de ácido forte resultando num pH de 3,15. No entanto, este não é o caso, uma vez que a água da torneira deionizada a pH 3,4 tem um tempo de vida de ozônio de 1,5 horas, enquanto a água tratada com resina de troca catiônica de ácido forte a um pH 3,15 tem um tempo de vida de ozônio de 6 horas.

[53] De um modo semelhante, de acordo com a Patente dos EUA No. 6.964.739, é benéfica a utilização de água deionizada na produção de ozônio. No entanto, a água deionizada por si só resulta em um tempo de vida muito curta de ozônio (5 minutos), e água deionizada tratada com ácido apresenta um tempo de vida do ozônio que é mais curta do que a água da torneira tratada com a resina de troca catiônica à base de ácido correspondente. Isto é verdadeiro mesmo quando o pH da água deionizada tratada com ácido é mais baixo do que o pH da água tratada com resina de troca catiônica com base em ácido. Como pode ser visto: ácidos fracos: pH 3,4 (água DI) vs. 5,2 (tratada com resina de troca catiônica) corresponde a um tempo de vida de 1,5 horas vs. 2 horas, e ácidos fortes: pH 2,7 (água DI) vs. 3,15 (tratada com resina de troca catiônica) corresponde a um tempo de vida de 4 horas vs. 6 horas.

[54] Como é evidente a partir dos dados apresentados acima, a remoção de cátions da água da torneira utilizando uma coluna de leito misto para a produção de água deionizada, e em seguida, a adição de ácido para reduzir o pH, não produz uma solução equivalente a água da torneira tratada com resina de troca catiônica à base de ácido. O tempo de vida de ozônio na água da torneira tratada com uma resina de troca catiônica à base de ácido é maior do que na água deionizada acidificada.

[55] Como é evidenciado pelos resultados experimentais discutidos acima, os sistemas que usam uma resina de troca catiônica à base de ácido e um aparelho de dissolução de ozônio para produzir cooperativamente um líquido ácido ionizado ozonizado geram uma solução onde o ozônio dissolvido tem um tempo de vida que é: maior do que o tempo de vida de ozônio no líquido que não é tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado; e maior do que o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado que é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado.

[56] Para os fins desta descrição, o termo "aumentar" ou "estender" o tempo de vida de ozônio dissolvido em um líquido ácido ionizado ozonizado refere-se a prolongar o tempo de vidado ozônio no líquido ácido ionizado ozonizado quando comparado a: o tempo de vida de ozônio no líquido que não é tratado com a resina de troca catiônica à base de ácido e é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizado ozonizado; e o tempo de vida de ozônio num líquido deionizado o qual é tratado com líquido ácido suficiente para produzir um pH igual ao pH do líquido ácido ionizadoozonizado.

[57] Por exemplo, conforme ilustrado na Tabela 2, o tempo de vidado ozônio na água tratada com resina de troca catiônica à base de ácido forte (pH 3,15) é "aumentado" ou "estendido" quando comparado com: água da torneira; água da torneira tratada com HCl (pH 3,26) e água da torneira deionizada tratada com HCl (pH 2,7).

[58] Em diferentes formas de realização, o sistema de ozonização 1 de acordo com a presente descrição pode ser, por exemplo: um sistema de ozonização de recirculação; um sistema de ozonização de recirculação "sob demanda", um sistema de ozonização "sob demanda" de não-recirculação; ou qualquer outro tipo de sistema de ozonização conhecido na técnica. Exemplos de sistemas específicos de ozonização de acordo com formas de realização da presente divulgação, que incluem a resina de troca catiônica à base de ácido serão discutidas em mais detalhe abaixo. O aparelho de dissolução de ozônio de acordo com uma forma de realização da presente descrição, pode ser, por exemplo, um percurso de fluxo ozonizante. Exemplos de percursos de fluxo ozonizante serão discutidos em mais detalhe abaixo.

Resinas de troca catiônica

[59] A discussão seguinte refere-se a formas de realização da resina de troca catiônica à base de ácido 6. Resinas de troca iônica são muitas vezes utilizadas para separar, purificar e descontaminar soluções. Uma resina de troca iônica é uma matriz insolúvel que, na superfície da matriz, inclui grupos funcionais que simultaneamente aprisionam íons da solução sobre a superfície e, em troca, libertam íons a partir da superfície para a solução. Em tal forma, o tratamento da solução resulta numa troca iônica entre a resina e a solução.

[60] As resinas de troca de íons são carregadas com um íon que é libertado para a solução, e podem ser feitas de maneira a seletivamente preferir um ou mais íons alternativos, que são removidos da solução.

[61] Resinas de troca iônica são amplamente classificadas como resinas de troca catiônica ou resinas de troca aniônica. Resinas de troca catiônica trocam íons carregados positivamente (ou seja, cátions), enquanto a resinas de troca aniônica trocam íons negativamente carregados (ou seja, ânions).

[62] A ordem de afinidade para alguns cátions comuns é de aproximadamente: Hg2+ < Li+ < H+ < Na+ < K+ « NH4+ < Cd2+ < Cs+ < Ag+ < Mn2+ < Mg2+ < Zn2+ < Cu2+ < Ni2+ < Co2+ < Ca2+ < Sr2+ < Pb2+ < Al3+ < Fe3+. Portanto, as resinas de troca catiônica podem trocar, por exemplo: um íon K+ baseado em solução por um íon Na+ baseado em resina; ou íons Ca2+, Mg2+, ou Fe3+ baseados em solução por íons Na+ ou H+ baseadosem resina.

[63] A ordem de afinidade para alguns ânions comuns é de aproximadamente: OH- « F- < HCO3— < CI- < Br- < NO3— < HSO4- < PO43- < CrO42- < SO42-. Portanto, as resinas de troca aniônica podem trocar, por exemplo: um íon Cl- baseado em solução por um íon OH- baseado em resina.

[64] Água deionizada é água que foi tratada tanto com uma resina de troca catiônica como com uma resina de troca aniônica, por exemplo, em uma coluna de leito misto, para: (1) remover cátions da solução e os substituir por íons H+ e (2) remover ânions da solução e substituí-los por íons OH-. Os íons H+ e OH- adicionados reagem juntos para formar água (H2O), proporcionando assim a água deionizada.

[65] As resinas de troca catiônica são classificadas como "fortemente ácidas" ou "fracamente ácidas", dependendo dos grupos funcionais sobre a superfície da resina. As resinas de ácidos fortes são assim chamadas devido à sua propensão para liberar um íon H+ que é semelhante ao de ácidos fortes (ácidos que, por exemplo, têm um pKa menor do que 1). Ou seja, os grupos funcionais de ácidos fortes e de resinas ácidas fortes dissociam facilmente para proporcionar o íon H+. As resinas de ácidos fracos são assim chamadas devido à sua propensão para liberar um íon H+ que é semelhante ao de ácidos fracos (ácidos que, por exemplo, têm um pKa maior do que 1). Os grupos funcionaisde ácidos fracos e de resinas de ácidos fracos são menos propensos a liberar um íon H+ que os grupos funcionais de ácidos fortes e de resinas de ácido forte.

[66] As resinas de troca catiônica de ácidos fortes podem incluir, por exemplo, os grupos funcionais de ácido sulfônico (pKa ~ -2,5) . Resinas de troca catiônica de ácidos fracos podem incluir, por exemplo, grupos de ácidos carboxílicos (pKa « 4,75) .

[67] Sistemas de ozonização, de acordo com formas de realização do presente pedido de patente incluem as resinas de troca catiônica baseadas em ácido que removem espécies catiônicas a partir da solução aquosa e substituem as espécies catiônicas removidas com íons H+, reduzindo assim o pH da solução aquosa. Os sistemas de ozonização podem incluir uma mistura de resinas de troca catiônica baseadas em ácido, por exemplo, a resina de troca catiônica pode ser uma resina de ácido forte, uma resina de ácido fraco, uma mistura de resinas de ácidos fortes, uma mistura de resinas de ácidos fracos, ou qualquer combinação dos mesmos. As resinas de troca catiônica baseadas em ácido podem ser qualquer resina de troca catiônica à base de ácido disponível comercialmente.

[68] Alternativamente, a resina de troca catiônica à base de ácido pode compreender uma resina de troca catiônica comercialmente disponível, que é transformada insitu em uma resina de troca catiônica à base de ácido. Por exemplo, as resinas de troca catiônica baseados em ácido podem ser produzidas ou adquiridas primeiro como resinas de troca catiônica com outros íons que não H+, e em seguida, transformadas em resinas de troca catiônica à base de ácido antes de serem adicionadas ao sistema de ozonização. Alternativamente, a resina de troca catiônica pode ser transformada em resina de troca catiônica à base de ácido após a resina ser adicionada ao sistema de ozonização, por exemplo, pela passagem de uma quantidade de ácido de regeneração através do percurso de fluxo que contém a resina.

[69] Exemplos de resinas que podem ser formadas a partir de um substrato de polímero orgânico, por exemplo, poliestireno reticulado em que o agente de reticulação pode ser o divinilbenzeno; as resinas podem ser formadas possuindo poros na matriz; as resinas podem ser partículas ou membranas, em que as partículas podem ser menores do que 30 μm e maiores do que 800 μm; as resinas podem ter, por exemplo, uma capacidade maior do que 0 e inferior a 6 miliequivalentes por grama.

[70] A resina de troca catiônica à base de ácido pode ser eliminada depois de substancialmente todos os cátions H+ serem trocados, ou a resina de troca catiônica à base de ácido pode ser regenerada por contato com uma soluçãoácida.

Sistemas de ozonização

[71] O presente pedido de patente descreve em geral, métodos e sistemas de ozonização que também estão descritos em mais detalhe no Pedido Provisório dos EUA 61/409,274 (apresentado em 2 de novembro de 2010) e no depósito PCT PCT/CA2010/001520, depositado em 30 de setembro de 2009, que têm inventores comuns com o presente pedido e que são aqui incorporadas por referência. O depósito PCT PCT/CA2010/001520 reivindica prioridade para pedidos US provisórios: Pedido Provisório US 61/248,102 (apresentado em 2 de outubro de 2009); Pedido Provisório US 61/248,075 (apresentado em 2 de outubro de 2009), e Pedido Provisório US 61/248,055 (apresentado em 2 de outubro de 2009).

Sistemas de ozonização de recirculação.

[72] Em um exemplo de um sistema de ozonização de acordo com a presente descrição, o sistema de ozonização incorpora um percurso de fluxo ozonizante de recirculação. Como discutido acima, os sistemas de ozonização de recirculação estão concebidos com um tanque que contém a solução aquosa e um percurso de fluxo ozonizante de recirculação. A solução aquosa flui através do percurso de fluxo ozonizante e dissolve-se uma quantidade de ozônio aí. A solução aquosa é recirculada de volta para o tanque.

[73] Um exemplo específico de um tal sistema de ozonização de recirculação é ilustrado na FIG. 2A. O sistema de ozonização de recirculação 10 inclui uma entrada 12 para a solução aquosa, uma resina de troca catiônica à base de ácido 14 adaptada para aceitar a solução aquosa a partir da entrada 12 e para tratar a solução aquosa através da substituição de cátions na solução com íons H+, um tanque de retenção 16 adaptado para aceitar a solução aquosa a partir da resina 14, um percurso de fluxo ozonizante 18 adaptado para se dissolver o ozônio na solução aquosa e para recircular a solução aquosa de volta para o tanque de retenção 16, e uma saída 20 adaptada para dispensar o solução aquosa ozonizada tratada do sistema 10.

[74] Um sistema de ozonização, de recirculação, de acordo com a presente divulgação pode incorporar a resina de troca catiônica à base de ácido num número de localizações alternativas, por exemplo: diretamente no percurso do fluxo ozonizante (como ilustrado na figura 2A), num percurso de fluxo de recirculação que, por exemplo, recicla a solução a partir do tanque de retenção para a resina de troca catiônica e de volta para o tanque de retenção; ou no próprio tanque de retenção. Em alternativa, o sistema de ozonização pode incluir um tanque de retenção que está adaptado para aceitar uma solução aquosa que tenha sido tratada com a resina de troca catiônica à base de ácido, em que o tanque de retenção e a resina de troca catiônica à base de ácido, independentemente, podem ou não ser parte do percurso de fluxo ozonizante. Por exemplo, a solução aquosa pode ser tratada num primeiro tanque, que não é parte do percurso de fluxo ozonizante, e a solução aquosa tratada pode então ser movida para dentro do tanque de retenção, o qual é parte do percurso de fluxo ozonizante. Em outro exemplo, a solução aquosa pode ser tratada com resina de troca catiônica a base de ácido por exposição a uma solução aquosa de resina enquanto a solução é bombeada para o tanque de retenção, onde o tanque de retenção não é parte do percurso de fluxo ozonizante.

Sistemas de ozonização de recirculação "sob demanda".

[75] Em um outro exemplo de um sistema de ozonização de acordo com a presente divulgação, o sistema de ozonização incorpora um sistema de ozonização de recirculação, "sob demanda". Como discutido acima, sistemas de ozonização de recirculação "sob demanda" estão concebidos com um tanque que contém a solução aquosa e um percurso de fluxo ozonizante que recircula a solução ozonizada de volta para o tanque de retenção. O sistema ozoniza a solução no sistema, independentemente de a solução ozonizada estar a ser distribuída. Em tais sistemas, o ozônio é continuamente adicionado à solução aquosa para substituir qualquer ozônio que se decompôs, ou para ozonizar qualquer solução fresca que foi adicionada para substituir solução ozonizada que tenha sido removida a partir do sistema. Um estado de equilíbrio da solução ozonizada é eventualmente atingido com base no fluxo de entrada e de saída, bem como a eficiência do percurso de fluxo ozonizante utilizado no sistema de ozonização.

[76] Um exemplo específico de um tal sistema de ozonização de recirculação "sob demanda" está ilustrado na FIG. 2B. O sistema de recirculação de ozonização 10' inclui uma entrada 12' para a solução aquosa, uma resina de troca catiônica à base de ácido 14' posicionada num percurso de fluxo de recirculação e adaptado para tratar a solução aquosa através da substituição de cátions na solução com íons H+ e recircular a solução aquosa de volta para um tanque de retenção 16', o tanque de retenção 16' está adaptado para aceitar a solução aquosa a partir da entrada 12', um percurso de fluxo ozonizante 18' adaptado para dissolver o ozônio na solução aquosa e para recircular a solução aquosa de volta para o tanque de armazenagem 16', e uma saída 20' adaptada para dispensar a solução aquosa ozonizada tratada a partir do sistema 10'.

[77] Um sistema de ozonização de recirculação "sob demanda", de acordo com a presente divulgação pode incorporar a resina de troca catiônica à base de ácido num número de localizações alternativas, por exemplo: diretamente no percurso do fluxo ozonizante; num percurso de fluxo de recirculação que, por exemplo, recicla a solução a partir do tanque de retenção para a resina de troca catiônica e de volta para o tanque de retenção (como ilustrado na figura 2B.); ou no próprio tanque de retenção. Em alternativa, o sistema de ozonização pode incluir um tanque de retenção que está adaptado para aceitar uma solução aquosa que tenha sido tratada com a resina de troca catiônica à base de ácido, em que o tanque de retenção e a resina de troca catiônica à base de ácido, independentemente, podem ou não ser uma parte do percurso de fluxo ozonizante. Por exemplo, a solução aquosa pode ser tratada num primeiro tanque, que não é parte do percurso de fluxo ozonizante, e a solução aquosa tratada pode então ser movida para dentro do tanque de retenção, o qual é parte do percurso de fluxo ozonizante. Em outro exemplo, a solução aquosa pode ser tratada com resina de troca catiônica à base de ácido por exposição a uma solução aquosa de resina enquanto a solução é bombeada para o tanque de retenção, onde o tanque de retenção não é uma parte do percurso de fluxo ozonizante .

Sistemas de ozonização de recirculação “sob demanda".

[78] Em ainda um outro exemplo de um sistema de ozonização de acordo com a presente divulgação, o sistema de ozonização incorpora um sistema de ozonização de não- recirculação "sob demanda". Como discutido acima, sistemas de ozonização de não-recirculação "sob demanda", dispensam ozônio que foi adicionado à solução através de uma única passagem através do percurso de fluxo ozonizante.

[79] Um exemplo específico de um tal sistema de ozonização de não-recirculação "sob demanda", está ilustrado na FIG. 2C. O sistema de ozonização não- recirculante 10" inclui uma entrada 12" para a solução aquosa, uma resina de troca catiônica à base de ácido 14" posicionada no percurso de fluxo de recirculação e adaptada para tratar a solução aquosa através da substituição de cátions na solução com íons H+ e recircular a solução aquosa de volta para um tanque de retenção 16", o tanque de retenção 16" está adaptado para aceitar a solução aquosa a partir da entrada 12", um percurso de fluxo ozonizante de não-recirculação 18" adaptado para aceitar a solução aquosa no tanque de retenção 16" e dissolver o ozônio na solução aquosa, e uma saída 20", adaptada para administrar a solução aquosa ozonizada tratada a partir do sistema 10". No sistema ilustrado na FIG. 2C, o percurso de fluxo ozonizante 18" só é ativado quando a água ozonizada é para ser distribuída a partir do sistema de 10", enquanto a recirculação a partir da resina de troca catiônica à base de ácido de 14" para o tanque de retenção 16" pode ser operada continuamente, intermitentemente, após a solução aquosa ser adicionada ao tanque de retenção 16", ou qualquer outro tempo que permita que a resina 14" substitua os cátions na solução com íons H+ antes da solução aquosa passar através do percurso de fluxo ozonizante 18".

[80] Um outro exemplo específico de um tal sistema de ozonização de recirculação “sob demanda" está ilustrado na FIG. 2D. O sistema de ozonização de não-recirculação 10"' inclui uma entrada 12"' para a solução aquosa, uma resina de troca catiônica à base de ácido 14"' adaptada para aceitar a solução aquosa a partir da entrada 12"' e para o tratamento da solução aquosa pela substituição de cátions na solução com íons H+, de um percurso de fluxo ozonizante de não-recirculação 18"' adaptado para aceitar a solução aquosa da resina de troca catiônica à base de ácido 14"' e a dissolver o ozônio na solução aquosa, e a saída 20"' adaptada para dispensar a solução aquosa ozonizada tratada a partir do sistema 10"'.

[81] Um sistema de ozonização de não-recirculação "sob demanda", de acordo com a presente divulgação pode incorporar a resina de troca catiônica à base de ácido num número de localizações alternativas, por exemplo: diretamente no percurso do fluxo ozonizante (como ilustrado na Fig. 2D); num percurso de fluxo de recirculação que, por exemplo, recicla a solução a partir do tanque de retenção para a resina de troca catiônica e de volta para o tanque de retenção (como ilustrado na Fig. 2C); ou no próprio tanque de retenção. Em alternativa, o sistema de ozonização pode incluir um tanque de retenção que está adaptado para aceitar uma solução aquosa que tenha sido tratada com a resina de troca catiônica à base de ácido, em que o tanque de retenção e a resina de troca catiônica à base de ácido, independentemente, podem ou não ser parte do percurso de fluxo ozonizante. Por exemplo, a solução aquosa pode ser tratada num primeiro tanque, que não é parte do percurso de fluxo ozonizante, e a solução aquosa tratada pode então ser movida para dentro do tanque de retenção, o qual é parte do percurso de fluxo ozonizante. Em outro exemplo, a solução aquosa pode ser tratada com resina de troca catiônica à base de ácido por exposição a uma solução aquosa de resina enquanto a solução é bombeada para o tanque de retenção, onde o tanque de retenção não é parte do percurso de fluxo ozonizante.

[82] Num exemplo específico, a solução aquosa pode ser tratada com a resina de troca catiônica à base de ácido por exposição a uma solução aquosa de resina enquanto a solução é bombeada para o primeiro tanque. A solução aquosa de tratamento pode ser mantida no primeiro tanque até que seja necessária uma porção da solução aquosa de tratamento, altura em que a porção da solução aquosa tratada é então movida para o tanque de retenção de um sistema de distribuição de solução aquosa ozonizada, por exemplo, um pulverizador de mão. O sistema de distribuição de solução aquosa ozonizada inclui um percurso de fluxo ozonizante, de que o tanque de retenção faz parte. Nesse exemplo, o sistema de ozonização de acordo com a descrição atual deve incluir, pelo menos, a resina de troca catiônica à base de ácido, o primeiro tanque, o tanque de retenção e o percurso de fluxo ozonizante.

Caminho do Fluxo Ozonizante

[83] O percurso de fluxo ozonizante inclui uma fonte de ozônio. A solução aquosa (por exemplo, água) flui a um caudal desejado através do percurso de fluxo ozonizante, e o ozônio é adicionado à solução. Como discutido em mais detalhe abaixo, o ozônio pode ser acrescentado, por exemplo, através da adição de gás de ozônio à solução, ou através da criação de ozônio diretamente no percurso do fluxo ozonizante. Em vários percursos de fluxo ozonizante exemplares de acordo com o presente pedido, o percurso de fluxo ozonizante inclui um misturador, onde o ozônio é adicionado à solução aquosa e é então misturado no misturador.

Fonte de líquido.

[84] Deve ser entendido que a fonte do líquido que entra no percurso de fluxo ozonizante pode ser qualquer fonte de líquido. Por exemplo, a fonte de líquido pode ser uma fonte de água municipal ou um tanque de retenção. O tanque de retenção pode ser uma parte do sistema de ozonização ou pode ser separado do sistema ozonizante. Se o tanque de retenção faz parte do sistema de ozonizante, pode ser uma parte do percurso de fluxo ozonizante.

Fontes de ozônio.

[85] Caminhos de fluxo ozonizantes podem utilizar gás ozônio fornecido a um misturador de gás-líquido para gerar a mistura de ozônio-líquido. O gás de ozônio pode ser fornecido a partir de um número de diferentes fontes. Por exemplo, o ozônio pode ser adicionado à solução aquosa utilizando gás ozônio produzido num gerador de ozônio gasoso do tipo de descarga, por exemplo, um gerador de ozônio do gás de descarga de corona.

[86] Um sistema de descarga de corona usa um eletrodo com um elevado potencial e leva gás de oxigênio e uma corrente passa através do gás, de modo a ionizar o gás e criar um plasma à volta do eletrodo. O gás ionizado recombina com o oxigênio para formar ozônio. O gás de oxigênio utilizado em um sistema de descarga de corona pode ser o oxigênio do ar ou de outra fonte de oxigênio, por exemplo, a saída de um concentrador de oxigênio. Se o ar é usado para gerar o gás de ozônio, uma concentração mais elevada de ozônio pode ser alcançada através da redução da quantidade de humidade no ar fornecido e/ou o aumento da concentração de oxigênio (por exemplo através da remoção de azoto) no ar fornecido. A redução da quantidade de humidade ou o aumento da concentração de oxigênio pode ser conseguido, por exemplo, usando um cartucho removível, tal como descrito abaixo. Sistemas de descarga de corona podem usar ionização sustentada ou ionização intermitente para gerar ozônio. Descarga de corona geralmente usa dois eletrodos assimétricos: um eletrodo altamente curvado (por exemplo, ponta de uma agulha ou fio de pequeno diâmetro) e um eletrodo com uma curvatura baixa (por exemplo, uma placa ou terra). Coronas podem ser positivas ou negativas, dependendo da polaridade da tensão no eletrodo curvo. Em formas de realização particulares, um sistema de descarga de corona negativo é utilizado. Em algumas modalidades de sistemas de descarga de corona conhecidos, podem ser proporcionados até 10 gramas de ozônio por hora.

[87] Em alternativa, o ozônio pode ser adicionado à solução aquosa utilizando o ozônio produzido por um gerador de ozônio eletrolítico. Este gerador produz ozônio a partir da separação eletrolítica de água, ou um líquido contendo água, gerando assim a mistura de ozônio-líquido sem produzir ozônio gasoso. Geradores de ozônio eletrolíticos são descritos na Patente dos EUA, publicação 2008/0067078 concedida a Kitaori publicada em 20 de Março de 2008; Patente dos EUA N° 5.407.550 concedida a Shimamune publicada em 18 de Abril de 1995; Patente dos EUA N° 5.326.444, concedida a Nakamatsu em 5 de Julho de 1994; Patente dos EUA N° 5.900,127 concedida a Iida em 4 de maio de 1999; Patente dos EUA, publicação 2007/0212594 concedida a Takasu em 13 de Setembro de 2007, que são todas aqui incorporadas por referência.

Misturador.

[88] O misturador usado no percurso do fluxo ozonizante pode ser, por exemplo, uma porção do percurso de fluxo a jusante do gerador de ozônio, uma constrição temporária num percurso de fluxo a jusante do gerador de ozônio, ou qualquer outra característica que faça com que a turbulência no fluxo do fluido diminua o tamanho das bolhas, aumentando assim a dissolução de ozônio na solução aquosa. Em percursos de fluxo ozonizantes que utilizam o gás ozônio produzido por um gerador de ozônio, o misturador pode ser, por exemplo, um tubo de Venturi e o gás ozônio e a solução aquosa podem ser misturados no Venturi.

[89] Uma constrição temporária num percurso de fluxo aumenta a velocidade do fluido que passa através da constrição, reduzindo, assim, a pressão a jusante do estrangulamento e aumentando a pressão a montante da constrição. Uma constrição temporária gera turbulência no líquido e aumenta a dissolução do ozônio no líquido. Quando a fonte de ozônio é um gerador de ozônio eletrolítico, pode ser vantajoso utilizar uma constrição temporária no eletrolítico, a fim de aumentar a pressão do fluido no gerador de ozônio eletrolítico porque os geradores de ozônio eletrolíticos podem operar de forma mais eficiente sob elevadas pressões.

[90] Um outro exemplo de uma característica que causa turbulência é uma bomba de fluido. Uma bomba de fluido pode ser posicionada no percurso de fluxo ozonizante para extrair a solução aquosa a partir de uma entrada de líquido, a qual fornece a solução aquosa para o percurso de fluxo ozonizante. A turbulência gerada pelas cabeças da bomba podem quebrar o tamanho das bolhas de ozônio gerado pela fonte de ozônio e aumentar a dissolução de ozônio na solução aquosa.

Separador de gás-líquido.

[91] O percurso de fluxo ozonizante pode também incluir um separador de gás-líquido que separa a mistura de gás-líquido em água ozonizada desgaseificada e gás ozônio separado. Em tais formas de realização, o gás de ozônio separado pode ser destruído por um processo de destruição de ozônio e o oxigênio gasoso resultante pode ser ventilado para a atmosfera.

[92] Água ozonizada desgaseificada pode ser fornecida a uma saída de líquido pelo separador de gás-líquido. Exemplos de diferentes separadores de gás-líquido 61/409,274 (apresentado em 02 de novembro de 2010), que é aqui incorporado por referência.

Percursos de fluxo.

[93] Percursos de fluxo ozonizantes, por exemplo, percursos de fluxo que incluam tanto sistemas de descarga de corona ou geradores de ozônio eletrolíticos para a produção de ozônio, podem ser configurado numa variedade de maneiras diferentes, a fim de fornecer ozônio para a solução aquosa.

[94] Por exemplo, o gerador de ozônio eletrolíticopode ser posicionado num percurso de fluxo de fluido emparalelo com o percurso de fluxo de fluido principal. Em tal percurso de fluxo ozonizante, o percurso de fluxo de fluido em paralelo que inclui o gerador de ozônioeletrolítico pode fluir com um caudal inferior ao fluido que flui na entrada de líquido do percurso de fluxoozonizante ou na saída de líquido do percurso de fluxo ozonizante. A relação entre a concentração de ozônio e taxa de fluxo de fluido é não-linear com geradores de ozônio eletrolíticos e reduzir o fluxo resulta no aumento da concentração de ozônio. Desviando uma parte do fluxo de fluido para fora do percurso de fluxo de fluido principal resulta numa taxa de fluxo reduzida através desse percurso de fluxo de fluido paralelo; colocando o gerador de ozônio eletrolítico na corrente paralela com o fluxo reduzido pode resultar num aumento da concentração de ozônio quando comparada com a concentração de ozônio associado a um gerador de ozônio eletrolítico posicionado no percurso do fluxo de fluido principal. Uma vez que a relação entre a concentração de ozônio e taxa de fluxo de fluido é não- linear, a quantidade total de ozônio gerado no sistema pode ser aumentada, quando o gerador de ozônio eletrolítico é posicionado numa corrente lateral com fluxo reduzido.

[95] Num outro exemplo, o percurso de fluxo ozonizante pode incluir uma primeira entrada de líquido e uma segunda entrada de líquido, em que a primeira entrada do líquido aceita uma primeira porção de líquido para dentro do percurso de fluxo ozonizante num primeiro percurso de fluxo de um primeiro caudal, e a segunda entrada de líquido aceita uma segunda porção de líquido para dentro do percurso de fluxo ozonizante num segundo percurso de fluxo a uma segunda taxa de fluxo. O primeiro e segundo percursos de fluxo se juntam num percurso de fluxo de distribuição. A primeira e segunda velocidades de fluxo podem ser escolhidas para otimizar a concentração de ozônio do líquido distribuído a partir da saída de líquido do percurso de fluxo de distribuição. Percursos de fluxo ozonizantes podem, em alternativa, incluir mais do que as duas entradas de líquido.

Componentes.

[96] Qualquer um dos percursos de fluxo ozonizantes discutidos acima podem incluir mais de uma fonte de ozônio, e/ou podem incluir adicionalmente um ou mais sensores de redução de potencial de oxidação (ORP), um ou mais misturadores líquido-líquido, uma ou mais bombas de dosagem, um ou mais separadores gás-líquido, um ou mais destruidores de ozônio ou qualquer combinação dos mesmos. Exemplos de diferentes percursos de fluxo ozonizantes contemplados que incluem os componentes indicados acima são discutidos em Pedido Provisório US 61/409,274 (apresentado em 2 de novembro de 2010), que é aqui incorporado por referência.

Exemplos de percursos de fluxo ozonizante.

[97] Percursos de fluxo ozonizante exemplificativos encontram-se ilustrados nas figuras 3A-3C. Estes percursos de fluxo ozonizante exemplares podem ser incorporados em qualquer um dos sistemas ozonizantes discutidos acima, por exemplo, os sistemas ozonizantes ilustrados nas figuras 2A- 2D.

[98] No percurso de fluxo ozonizante exemplar 110 ilustrado na FIG. 3A, uma entrada de líquido 112 é disposta de modo a aceitar uma solução aquosa a ser ozonizada no percurso de fluxo ozonizante. A entrada de líquido 112 aceita a solução aquosa diretamente para o percurso de fluxo de ozonização. A entrada de líquido 112 aceita a solução aquosa enquanto a solução ozonizada está a ser produzida. A solução aquosa flui a um caudal desejado, através do percurso de fluxo ozonizante e é misturada com o ozônio no misturador 114. O ozônio é adicionado ao percurso de fluxo 110 usando um gerador de ozônio eletrolítico 116 que produz ozônio a partir da separação eletrolítica de água. No percurso de fluxo ilustrado na FIG. 3A, o gerador de ozônio eletrolítico 116 está em linha com a entrada de líquido 112 e divide a água aceita no percurso de fluxo através da entrada de líquido 112. A saída de líquido 118 dispensa líquido ozonizado na vazão desejada (por exemplo, para utilização por um usuário final). A taxa de fluxo para fora da saída de líquido 118 é substancialmente a mesma que a do fluxo de entrada de líquido 112, pois o fluxo é diretamente dependente do fluxo para fora e do líquido aceito pelo percurso de fluxo líquido que empurra o líquido dentro do percurso de fluxo.

[99] O fluxo de percurso ozonizante exemplificativo ilustrado na FIG. 3B é paralelo ao percurso de fluxo ilustrado na FIG. 3A, mas posiciona o gerador de ozônio eletrolítico 116 num fluxo de fluido com um percurso paralelo ao percurso do fluxo de fluido principal. O percurso de fluxo de fluido em paralelo que inclui o gerador de ozônio eletrolítico 116 iria fluir a uma taxa de fluxo mais baixa do que o fluido que se escoa na entrada de líquido 112 ou na saída de líquido 118. A relação entre a concentração de ozônio e a taxa de fluxo de fluido é não- linear com geradores de ozônio eletrolíticos e reduzir a taxa de fluxo resulta no aumento da concentração de ozônio. Desviando uma parte do fluxo de fluido para fora a partir do percurso principal de fluxo de fluido resulta em uma taxa de fluxo reduzida através desse percurso de fluxo de fluido em paralelo; colocar o gerador de ozônio eletrolítico 116 na corrente lateral com a taxa de fluxo reduzida pode resultar num aumento da concentração de ozônio quando comparada com a concentração de ozônio associada a um gerador de ozônio eletrolítico posicionado no percurso de fluxo de fluido principal. Uma vez que a relação entre a concentração de ozônio e a taxa de fluxo de fluido é não-linear, a quantidade total de ozônio gerado no sistema pode ser aumentada, quando o gerador de ozônio eletrolítico 116 está posicionado numa corrente lateral com redução da taxa de fluxo.

[100] O percurso de fluxo ozonizante exemplificativo ilustrada na FIG. 3C é paralelo ao percurso de fluxo ilustrado na FIG. 3B, mas inclui uma primeira entrada de líquidos 112 e uma segunda entrada de líquido 112', onde a primeira entrada de líquido 112 aceita uma primeira porção de líquido para dentro do percurso de fluxo ozonizante num primeiro percurso de fluxo de um primeiro caudal e a segunda entrada de líquido 112' aceita uma segunda porção de líquido para dentro do percurso de fluxo ozonizante num segundo percurso de fluxo a uma segunda taxa de fluxo. O primeiro e segundo percursos de fluxo juntam-se num percurso de fluxo de distribuição. O primeiro e segundo caudais do percurso de fluxo ozonizante ilustrado na FIG. 3C podem ser escolhidos para otimizar a concentração de ozônio do líquido distribuído a partir da saída de líquido 118. Outras formas de realização do percurso de fluxo ozonizante podem incluir mais do que as duas entradas de líquido ilustrado na FIG. 3C.

Método

[101] Os métodos e sistemas de acordo com a presente descrição podem tratar a solução aquosa a ser ozonizada através da resina de troca catiônica à base de ácido, antes ou após a exposição da solução aquosa tratada com ozônio, a fim de gerar o líquido ozonizado, tratado, que é distribuído a partir da saída de líquido.

[102] Um exemplo de um método de acordo com a presente descrição é ilustrado na FIG. 4A. Líquido não tratado, não ozonizado 210 é recebido em 212 e cátions presentes no líquido recebido são trocados por íons H+ em 214 utilizando uma resina de troca catiônica à base de ácido. O líquido resultante é ozonizado em 216 para a produção do líquido ácido ionizado ozonizado 218.

[103] Em outro exemplo, ilustrado na FIG. 4B, líquido não tratado, não ozonizado 210' é recebido em 212' e ozonizado em 216' para produzir líquido ozonizado. Cátions presentes no líquido ozonizado são trocados por íons H+ em 214', utilizando uma resina de troca catiônica à base de ácido para produzir líquido ácido ionizado ozonizado 218'.

[104] Esta descrição escrita usa exemplos para descrever a invenção, incluindo o melhor modo e também para permitir a qualquer pessoa versada na técnica de praticar a invenção, incluindo a fabricação e utilização de quaisquer dispositivos ou sistemas e executando quaisquer métodos incorporados. Os exemplos acima descritos se destinam a ser apenas ilustrativos.

[105] As alterações, modificações e variações podem ser efetuadas aos exemplos particulares por aqueles versados na técnica sem nos afastarmos do escopo da invenção.

[106] O âmbito patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerão aos versados na técnica. Tais outros exemplos destinam-se a estar dentro do âmbito das reivindicações, se tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais

Claims

1. Sistema para aumentar o tempo de vida médio de ozônio dissolvido em um líquido caracterizado pelo fato de que compreende:uma entrada de líquido disposta de modo a aceitar um líquido dentro do sistema;uma resina de troca catiônica à base de ácido em comunicação fluida com a entrada de líquido, a resina adaptada para tratar o líquido a partir da troca de cátions do líquido aceito com íons H+ da resina;um aparelho de dissolução de ozônio em comunicação fluida com a entrada de líquido e com a resina de troca catiônica à base de ácido, em que o aparelho de dissolução de ozônio é(i) um percurso de escoamento ozonizante que compreende um gerador de gás ozônio do tipo de descarga para produzir gás ozônio para misturar com o líquido aceito, ou(ii) um percurso de escoamento ozonizante que compreende um gerador eletrolítico de ozônio para produzir ozônio para misturar com o líquido aquoso aceito; euma saída de líquido em comunicação fluida com a entrada de líquido, com a resina de troca catiônica à base de ácido e com o aparelho de dissolução de ozônio,o aparelho de dissolução de ozônio e a resina de troca catiônica à base de ácido cooperando para produzir o líquido ácido ionizado ozonizado para ser dispensado a partir do sistema através da saída de líquido.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o percurso de escoamento ozonizante compreende ainda um misturador, em comunicação fluida com o gerador de ozônio, para misturar o ozônio gerado e o líquido aceito para produzir o líquido ozonizado.

3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda um tanque de retenção e em que a resina de troca catiônica à base de ácido se situa em um caminho de fluxo de recirculação que é adaptado para recircular o líquido para o tanque de retenção.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda um tanque de retenção e em que a resina de troca catiônica à base de ácido se situa no tanque de retenção.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a resina de troca catiônica à base de ácido se situa em um caminho de fluxo não-recirculante.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda um tanque de retenção e o percurso de escoamento não- recirculante fornece líquido para o tanque de retenção.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o percurso de escoamento não- recirculante fornece líquido para o aparelho de dissolução de ozônio.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a resina de troca catiônica à base de ácido aceita líquido da entrada de líquido e o aparelho de dissolução de ozônio aceita líquido tratado pela resina.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o aparelho de dissolução de ozônio aceita líquido da entrada de líquido e a resina de troca catiônica à base de ácido aceita o líquido ozonizado.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a resina de troca catiônico é uma resina de ácido forte.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a resina de troca catiônica à base de ácido é uma resina de ácido fraco.

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os cátions no líquido aceito estão presentes no líquido quando o líquido é aceito pelo sistema de ozonização, ou são adicionados ao líquido pelo sistema de ozonização.

13. Método para aumentar o tempo de vida médio de ozônio dissolvido em um líquido caracterizado pelo fato de que compreende:receber de um líquido;tratar o líquido a partir da troca de cátions presentes no líquido com íons H+ de uma resina de troca catiônica à base de ácido; e(1) gerar ozônio usando um gerador de gás ozônio do tipo de descarga e ozonizar o líquido com o gás ozônio, ou (ii) gerar ozônio usando um gerador eletrolítico de ozônio e ozonizar o líquido aquoso com o ozônio;em que a troca de cátions e ozonização do líquido, em conjunto, produzem o líquido ácido ionizado ozonizado.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os cátions são trocados para produzir um líquido ácido ionizado, e o líquido ácido ionizado é ozonizado após os cátions serem trocados.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o método compreende gerar ozônio usando um gerador de gás ozônio do tipo de descarga e o líquido recebido é ozonizado antes de os cátions serem trocados.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a ozonização do líquido compreende gerar ozônio usando um gerador eletrolítico de ozônio o qual sujeita apenas o líquido tratado com resina de troca de cátions à quebra eletrolítica.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar cátions ao líquido recebido antes de os cátions serem trocados.