BR112014016593B1

BR112014016593B1 - aparelho de coagulação/floculação para o tratamento de um fluxo hidráulico, e, processo de implementação

Info

Publication number: BR112014016593B1
Application number: BR112014016593-9A
Authority: BR
Inventors: Patrick Vion; Guillem Grau
Original assignee: Degremont
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2021-01-05
Also published as: BR112014016593A2; US20150076075A1; US9751780B2; EP2800730B1; AU2013207086A1; ES2773836T3; AU2013207086B2; FR2985253B1; CA2860557A1; CN104245595A; EP2800730A1; MX351297B; WO2013102864A1; FR2985253A1; CN104245595B; CA2860557C; BR112014016593A8; MX2014007893A

Abstract

APARELHO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO PARA O TRATAMENTO DE UM FLUXO HIDRÁULICO, E, PROCESSO DE IMPLEMENTAÇÃO Aparelho de coagulação/floculação para o tratamento de um fluxo hidráulico de qualquer tipo de líquido, à montante de um elemento de separação física, em particular à montante de um flotador, ou de uma unidade de filtração, notadamente com membranas, cujo aparelho comporta pelo menos um coagulador com injeção de coagulante, seguido por um floculador, sucessivamente atravessados pelo fluxo hidráulico, em cujo aparelho: o coagulador comporta um reator (1) de injeção de coagulante sob elevada energia, seguido por um reator de coagulação (2) de baixa energia; um elemento intermediário (3) de elevada energia é disposto entre o reator de coagulação (2) e o floculador (4); e o floculador é um floculador estático de tipo pistão (4) de mesma largura que o elemento de separação física (5) situado à jusante.

Description

[0001] A invenção é relativa a um aparelho permitindo realizar uma coagulação floculação precedendo uma fase de separação física por flotação ou por filtração ou sobre membranas tendo em vista a clarificação das águas (eliminação das partículas ou colóides em suspensão).

[0002] A invenção é mais especialmente adaptada à clarificação por flotação que não exige realizar flocos (agregados de partículas) tão densos e tão volumosos como os exigidos pela decantação.

[0003] O campo de aplicação é o da clarificação das águas de superfície, das águas subterrâneas, das águas do mar, das águas residuais e industriais, das águas pluviais e geralmente de todos os tipos de águas ou suspensões líquidas adaptadas à flotação, ou mesmo à filtração ou à separação sobre membranas que exigem a mesma natureza de flocos que a flotação.

[0004] Aparelhos deste tipo são conhecidos, notadamente a partir da patente francesa FR 2835247 ou a patente EP 1483210 B1 depositadas em nome da empresa DEGREMONT.

[0005] Para clarificar uma água, é necessário formar um floco ou aglomerado de partículas ou colóides neutralizados. Este floco poderá então ser separado da fase líquida quer por decantação graças à sua velocidade de decantação, quer por flotação, em sequência à ancoragem sobre o mesmo de microbolhas, graças à sua velocidade ascendente. Para o versado na técnica, a flotação é reservada a águas pouco carregadas, geralmente tendo cargas inferiores a 30 NTU ou 30g/m3 de materiais em suspensão.

[0006] Para formar um floco, é necessário realizar uma coagulação depois uma floculação.

[0007] A coagulação consiste em uma adição de reagente, o coagulante (em geral cátions trivalentes), notadamente sais de ferro ou de alumínio, permitindo a desestabilização das partículas coloidais presentes na água e a neutralização de todas as cargas eletronegativas destas partículas. Durante esta etapa, as partículas neutralizadas começam a aglomerar-se para formar microflocos. Estes microflocos são muito pequenos para decantar e mesmo muito pequenos para prender as microbolhas.

[0008] A floculação, que ocorre após a coagulação, é uma etapa destinada a fazer crescer os flocos. Quando desta etapa, um aditivo de floculação (polímero, geralmente polímero de síntese) é, com frequência, injetado para fazer crescer e adensar os flocos. Esta injeção de polímero é quase sistemática para os decantadores e, em algumas condições particulares, para os flotadores.

[0009] Para ser separado fisicamente da água por decantação, um floco deve ser denso e preferivelmente grande. Por outro lado, para ser separado por flotação, é suficiente que o referido floco seja bem formado: ele deve ser leve e pode ser pequeno ou grande.

[0010] As fases de coagulação floculação são realizadas para a quase totalidade dos casos nos reatores de mesmo tipo para a decantação e a flotação.

[0011] Para a decantação, emprega-se, geralmente: - um coagulador com um tempo de permanência próximo de 1 minuto com uma elevada energia volúmica (50 a 200 W/m3), - um floculador em 1 ou 2 etapas (às vezes 3) agitadas por hélices de elevada componente axial e em velocidade relativamente lenta, para tempos de permanência globais compreendidos entre 15 e 30 minutos. Certos floculadores mais sofisticados são agitados por hélices com bainhas e, ou equipadas com uma recirculação de lastro natural (lamas) ou adicionada (lastro ou areia). Neste último caso, os tempos de permanência podem ser mais baixos: 6 a 12 minutos. Para obter flocos em grande velocidade de decantação permitindo reduzir a seção da zona de decantação, injeta-se polímero no topo do floculador.

[0012] A floculação dita estática, ou seja, sem elemento móvel de agitação (bacia com defletores ou anteparos), era utilizada antigamente com decantadores em velocidade muito lenta antes do aparecimento dos polímeros de síntese.

[0013] O decantador propriamente dito pode ser estático ou equipado com um lamelar para reduzir a seção de decantação. As lamas decantadas são evacuadas pelo fundo através ou não um raspador ou uma tremonha enquanto que a água clarificada é evacuada em superfície.

[0014] Para a flotação, encontram-se, na maioria dos casos, os mesmos coaguladores floculadores: - um coagulador de um tempo de permanência geralmente inferior ou igual a 1 minuto com uma elevada energia volúmica (50 a 200 W/m3) - um floculador em 1 ou 2 etapas agitadas por hélices com elevada componente axial e em velocidade relativamente lenta, ou mesmo muito lenta, para tempos de permanência globais compreendidos entre 15 e 30 minutos. Certos floculadores mais sofisticados comportam, como no caso dos decantadores, hélices com bainhas. Neste último caso, os tempos de permanência são às vezes reduzidos e passam a ser: 15 a 20 minutos. A injeção de polímero não é necessária em flotação, exceto nos casos de águas muito carregadas ou muito frias. - um flotador propriamente dito no topo do qual a água floculada é misturada com uma emulsão de microbolhas de gás, geralmente ar, que se prendem aos flocos e levam os mesmos a subir até a superfície onde são coletados e evacuados enquanto que a água clarificada é evacuada pelo fundo do aparelho de flotação.

[0015] Nota-se, portanto, que as fases de coagulação floculação são realizadas na quase totalidade dos casos em reatores do mesmo modo tipo e quase de mesmo volume, qualquer que seja a tecnologia de separação, decantação ou flotação. Ora a qualidade procurada para os flocos não é a mesma.

[0016] A invenção tem por objetivo, sobretudo, propor um aparelho de coagulação/floculação adaptado a um tipo de separação física diferente da decantação, notadamente separação por flotação ou por filtração ou sobre membranas, que permite reduzir o tempo de permanência global de coagulação floculação, melhorar os desempenhos e aumentar em particular o campo de aplicação da separação por flotação.

[0017] De acordo com a invenção, um aparelho de coagulação/floculação para o tratamento de um fluxo hidráulico de qualquer tipo de líquido, à montante de um elemento de separação física, em particular à montante de um flotador, ou de uma unidade de filtração, notadamente com membranas, o qual aparelho comporta pelo menos um coagulador com injeção de coagulante, seguido por um floculador, sucessivamente atravessados pelo fluxo hidráulico, é caracterizado pelo fato de que: - o coagulador comporta um reator de injeção de coagulante sob elevada energia, seguido por um reator de coagulação de baixa energia, - um elemento intermediário de elevada energia é disposto entre o reator de coagulação e o floculador, - e o floculador é um floculador estático de tipo pistão.

[0018] O floculador estático de tipo pistão pode ser de mesma largura que o elemento de separação física situado à jusante.

[0019] Com vantagem, o floculador estático de tipo pistão é um floculador com defletores.

[0020] O reator de injeção de coagulante sob elevada energia pode ser separado do reator de coagulação. O reator de injeção de coagulante pode ter uma energia compreendida entre 40 e 10000W/m3. O reator de injeção de coagulante pode ser um misturador em linha com energia volúmica compreendida entre 200 e 10000 W/m3. Em variante, o reator de injeção do coagulante pode ser constituído de pelo menos um reator com tanque agitado com energia volúmica compreendida entre 40 e 250 W/m3, ou preferivelmente dois reatores em série com tanque agitado, com energia volúmica compreendida entre 40 e 250 W/m3.

[0021] Preferivelmente, o reator de coagulação é de energia volúmica inferior a 10 W/m3.

[0022] Com vantagem, o elemento intermediário de elevada energia induz uma energia volúmica superior a 20W/m3 na zona superior de floculador pistão, em particular uma energia compreendida entre 20 e 100 W/m3. O elemento intermediário de elevada energia pode ser constituído por um vertedouro apresentando uma altura de queda de pelo menos 5 cm. Geralmente, o vertedouro apresenta uma altura de queda inferior ou igual a 25 cm.

[0023] Na prática, o floculador pistão tem uma energia volúmica inferior a 1 W/m3, preferivelmente inferior a 0,3 W/m3.

[0024] A invenção é igualmente relativa a um processo de implementação de um aparelho de coagulação/floculação, como definido previamente, para o tratamento de um fluxo hidráulico de qualquer tipo de líquido, caracterizada pelo fato de que o tempo de permanência no reator de coagulação com baixa energia é inferior a 1 minuto. O tempo de permanência no reator de floculação de tipo pistão está compreendido, preferivelmente, entre 2 e 8 minutos. O tempo de permanência no reator de injeção de coagulante, no caso de um reator com tanque agitado, está compreendido entre 2 e 6 minutos, em função do tipo de água a tratar.

[0025] Assim, para realizar um aparelho de coagulação/floculação compacto e eficiente em flotação, a invenção propõe combinar os reatores ou equipamentos seguintes: - um reator de injeção de coagulante sob elevada energia, - um reator de coagulação de baixa energia (não agitado), - um elemento de elevada energia (vertedouro) sobre toda a largura do floculador, - um floculador estático de tipo pistão de mesma largura que o separador ou o flotador do qual é proveniente a água clarificada e as lamas.

[0026] Os resultados obtidos graças a esta combinação de elementos são surpreendentes. O tempo de permanência global da floculação (3 a 8 minutos), e o tempo global da coagulação floculação (4 a 12 minutos) são nitidamente reduzidos em relação aos tempos da coagulação floculação tradicional (16 a 31 minutos). Além disso, a implementação da floculação pistão em relação à floculação agitada (hélice) permitiu de modo surpreendente tratar das águas carregadas até a 200 ou 300 NTU enquanto que tradicionalmente o limite é de cerca de 30 NTU.

[0027] A invenção consiste, além das disposições expostas acima, de diversas outras disposições, que serão descritas mais explicitamente abaixo a propósito de exemplos descritos com referência aos desenhos em anexo, mas que não são, de modo algum, limitativos. Nos desenhos:

[0028] Figura 1 está um corte esquemático vertical de um aparelho de coagulação/floculação de acordo com a invenção, seguido por um floculador.

[0029] Figura 2 é uma vista esquemática de cima do conjunto da Figura 1.

[0030] Figura 3 está um corte esquemático vertical de uma variante do aparelho de coagulação /floculação, com variante para o flotador.

[0031] Figura 4 é uma vista esquemática de cima do conjunto da Figura 3, e

[0032] Figura 5 é um diagrama comparando os desempenhos de diferentes floculadores para a eliminação do fósforo.

[0033] O aparelho de coagulação/floculação da invenção é aplicável a qualquer tipo de flotador, clássico ou rápido. Ele adapta-se preferivelmente aos flotadores de seção retangular.

[0034] Como ilustrado nas Figuras 1 e 2, a água bruta chega, via um canal ou uma tubulação, em um reator 1 de injeção de coagulante. Seguindo as aplicações, o coagulante a é injetado quer em linha via um misturador estático (não representado), quer no reator 1 de injeção de coagulante sob elevada energia, em todo caso superior a 40 W/m3. Neste último caso, particularmente entre diferentes das águas de superfície e do mar, o tempo de permanência neste reator é pelo menos igual a 2 minutos. Este é um tempo desejado para a invenção (condição de uma água flotada de qualidade), enquanto que os tempos geralmente praticados nesta fase são inferiores ou próximos do minuto.

[0035] Preferivelmente, o reator 1 de injeção de coagulante encontra-se sob energia superior a 40 W/m3, notadamente compreendida entre 40 W/m3 e 250 W/m3 para um reator com tanque agitado e entre 200 W/m3 e 10.000 W/m3 no caso dos misturadores em linha. Na saída deste reator, a maior parte dos colóides é neutralizada e microflocos aparecem. A energia ou potência por unidade de volume corresponde à dissipada por meios de agitação, como hélices, instalados no reator ou misturadores em linha.

[0036] A água em curso de coagulação chega em um reator de coagulação 2 de baixa energia, preferivelmente inferior a 10 W/m3, onde os microflocos continuam a aparecer e a se aglomerar. O objetivo é ter microflocos que começam a ser visíveis a olho nu. O tempo de permanência neste reator 2 é inferior a 1 mn. O reator de coagulação 2 é separado do reator 1 de injeção de coagulante, estes reatores sendo realizados notadamente sob a forma de bacias ou tanques separados. O reator de coagulação 2 constitui uma zona de transferência entre o reator 1 de injeção de coagulante e um floculador pistão 4.

[0037] No alto do reator 2, um vertedouro 3 com queda de água, de uma altura com vantagem compreendida entre 5 e 25 cm, é posicionado sobre toda a largura do floculador pistão 4. Uma zona de elevada energia, criada pelo vertedouro 3, que segue a zona de baixa energia do reator 2, é surpreendente para um versado na técnica que normalmente posiciona os reatores com energias decrescentes após o reator de coagulação com energia máxima para não destruir os flocos já formados.

[0038] De modo inesperado, o vertedouro 3 à jusante do reator 2 de baixa energia permite avanços hidráulicos e de processo com relação ao floculador pistão que o segue. Em variante, um tubo perfurado poderia ser instalado ao lugar do vertedouro 3.

[0039] A energia gerada pelo vertedouro 3 (superior a 20 W/m3) será utilizada com vantagem para assegurar a mistura do polímero, conforme necessário. Se o floco for quebrado, ele se reformará sob a ação do polímero. Contudo, de modo surpreendente, pôde-se observar que mesmo sem polímero, o vertedouro 3 não provocava a degradação mas ao contrário melhorava a qualidade da água tratada (ver o exemplo 2 apresentado depois). Duas explicações são propostas. A primeira é que os microflocos não estão ainda muito espessos para ser destruídos mas são bastante pequenos para se beneficiar desta energia que aumentaria a sua probabilidade de se reencontrar nesta zona e, portanto, a sua possibilidade de aglomeração e de crescimento ampliado. A segunda apareceu por medição de oxigênio dissolvido. Foi possível constatar que este vertedouro aumentava a quantidade de ar dissolvido na água. Ora, as águas de superfície são, com frequência, não saturadas em oxigênio e, assim, as microbolhas de ar injetadas para fazer flutuar os flocos são, em parte, consumidas pela água não saturada. Esta queda de água exatamente antes da flotação favorece, portanto, a clarificação por aumento efetivo das microbolhas operantes.

[0040] O vertedouro 3 permite igualmente distribuir o fluxo hidráulico sobre toda a largura do floculador pistão 4. Uma boa distribuição sobre toda a largura do floculador é uma condição favorável ao escoamento pistão no floculador.

[0041] Em conclusão, o vertedouro 3 permite distribuir o fluxo hidráulico sobre toda a largura do floculador pistão 4, injetar se necessário polímero sem acrescentar um reator específico, dissolver o ar deixando, assim, mais microbolhas operantes e, por fim, precedido por um reator de baixa energia 2, o vertedouro 3 favorece a formação dos microflocos.

[0042] A água coagulada alimenta agora em parte elevada, em perfeitas condições, o floculador pistão 4.

[0043] Lembra-se que o objetivo da floculação, tendo em vista uma separação física notadamente por flotação, é fazer crescer um mínimo os flocos sem, no entanto, densificar os mesmos, como se procura em decantação. De acordo com a invenção, prevê-se o floculador pistão 4 que constitui um reator de baixa energia, a energia inferior a 1 W/m3, geralmente inferior a 0,3 W/m3, com uma distribuição a mais homogênea possível para evitar curtos-circuitos e permitir a todos os flocos entrando ter o mesmo tempo de permanência para alcançar, assim, um tamanho homogêneo em saída do floculador. É assim que a colocação do floculador estático 4 de tipo pistão permite obter desempenhos excelentes com tempos de permanência muito curtos (3 a 8 minutos) de acordo com as aplicações e as temperaturas do efluente a tratar.

[0044] O floculador estático 4 de tipo pistão é preferivelmente um reator com defletores constituídos de placas alternadas 4a e de 4b verticais, paralelas ao vertedouro 3 e à zona de alimentação baixa do flotador 5 propriamente dito. As placas estendem-se ao longo de toda a largura do reator. As placas 4a têm a sua borda superior situada acima do nível da água, enquanto a sua borda inferior é distante do piso para deixar ao líquido apenas uma passagem inferior. As placas 4b estendem-se até o piso e param abaixo, distantes, do nível da água para não deixar ao líquido uma passagem superior. Estas placas forçam a corrente a realizar sucessivamente movimentos descendentes e ascendentes em cada uma das células 4c formadas pelas placas 4a e 4b.

[0045] Os espaços entre placas 4a, 4b, e entre as placas elevadas 4a e o piso são tais que as velocidades hidráulicas são superiores às velocidades de decantação das partículas as mais pesadas e nas velocidades de extração da lama formada pelos flocos decantados sobre os pisos de cada célula 4c. A auto-limpeza limita assim os depósitos sobre os pisos. O perfil arqueado 4d, côncavo em direção para cima, dos pisos das células reduz ainda os depósitos e favorece levemente o escoamento pistão.

[0046] Na saída do floculador pistão 4, em parte baixa, velocidades de aproximação do flotador 5 são muito baixas e perfeitamente homogêneas. É sem dúvida o que explica os surpreendentes resultados obtidos sobre o tratamento das águas carregadas. Com efeito, como será notado nos exemplos dados depois (ver exemplo 3), o floculador pistão permite tratar os efluentes carregados enquanto que os resultados são muito degradados quando se usam floculadores agitados (elevadas velocidades locais e movimento de rotação). É conveniente precisar que com águas carregadas (sobretudo com materiais minerais) as lamas flotadas são muito frágeis, portanto sensíveis às turbulências que podem fazer as mesmas cair.

[0047] Em conclusão, o floculador estático 4 de tipo pistão com defletores, alimentado de modo homogêneo com microflocos homogêneos permite uma floculação muito compacta e uma velocidade de aproximação do flotador homogênea e muito fraca.

[0048] O floculador estático com pistão pode ter placas cada vez mais espaçadas para reduzir as velocidades de aproximação do flotador.

[0049] O flotador 5, propriamente dito, pode ser um flotador clássico com velocidades compreendidas entre 6 a 15 m/h sobre a zona de flotação ou um flotador rápido com velocidades de 20 para 60 m/h. As qualidades e a compactação do aparelho de coagulação/floculação da invenção aumentam ainda a competitividade e a atração atuais dos flotadores rápidos. A alimentação com água do flotador, desde o floculador 4, é efetuada por uma passagem situada em parte baixa e se estendendo sobre toda a largura.

[0050] A água clarificada sai em 6 (Figura 1 e 2), geralmente em parte baixa. As lamas, recuperadas na superfície do flotador, são evacuadas em 7 (Figuras 1 e 2).

[0051] Figuras 3 e 4 mostram uma variante de realização do aparelho. O reator de injeção de coagulante é constituído de dois reatores em série 1.1 e 1.2, sob elevada energia cada um, com hélice h1, h2 de agitação. Com vantagem, cada reator de injeção de coagulante 1.1 e 1.2 está sob energia compreendida entre 40 e 250W/m3.

[0052] O reator de coagulação 2 e o floculador pistão 4 são semelhantes aos da Figura 1 e 2. A água bruta floculada é enviada através de uma passagem de alimentação em uma zona inferior 8 do flotador 5a. Uma corrente ascendente é criada com microbolhas produzidas por um sistema de pressurização-expansão comportando uma bomba 9 reciclando uma fração da água clarificada em direção a um balão de pressurização 10. A água pressurizada é injetada e expandida por um orifício 11 em parte baixo. A zona 8 de mistura é separada da zona de flotação, propriamente dita, por um vertedouro inclinado 12 partindo do piso, inclinado à jusante, e parando distante abaixo do nível superior da água. Os materiais em suspensão arrastados pelas microbolhas acumulam-se em superfície, e são evacuados em direção à jusante por um canal transversal constituindo a saída 7 das lamas. A água clarificada é evacuada de uma célula à jusante ligada à saída 6 e à aspiração da bomba 9.

Exemplos

[0053] Várias séries de testes foram realizadas sobre diferentes tipos de água (tratamento terciário de águas residuais, tratamento de água do mar e tratamento de água de rio carregada).

[0054] Conforme o caso, os testes foram efetuados sobre 1 ou 2 mini unidades industriais (ou linha piloto) colocadas em paralelo.

[0055] As linhas tipo piloto têm uma capacidade de 24 m3/h e permitem realizar as etapas de coagulação, de floculação e de clarificação por flotação (seção do flotador 0,8 m2). Estas etapas, ou os elementos da linha piloto, são moduláveis e permitem mudar as etapas do tratamento, colocar diferentes tipos de reatores e fazer variar os volumes dos reatores. As microbolhas são geradas por um sistema de pressurização expansão compreendendo um balão de pressurização sob 5 bars ligado a um sistema de expansão que assegura a formação de microbolhas de um diâmetro cerca de 40μm (40 micrômetros). A taxa de recirculação na pressurização é de cerca de 10%.

Primeira série de testes

[0056] Uma primeira série de testes foi realizada sobre uma água residual que sai de um tratamento biológico para realizar um tratamento final de eliminação do fósforo (tratamento terciário). O objetivo é testar diferentes reatores de floculação sobre uma água com turvação relativamente constante e onde a cinética de eliminação do fósforo é bem controlada.

[0057] Esta água coagula facilmente. A versão de base revelou ser eficaz: o coagulante é injetado por um misturador em linha de elevada energia, de pelo menos 1000 W/m3, a água a tratar passa depois pelo reator não agitado equipado, em sua saída, com um vertedouro, depois por último pelo reator de floculação propriamente dito, seguido do mesmo flotador.

[0058] Os reatores de floculação testados com o seu tempo de permanência foram: reator estático com defletores, tempos de permanência 8 minutos, reator agitado, tempos de permanência 8 minutos (2 tanques em série com agitadores de hélices), reator estático pistão com defletores, tempos de permanência sucessivamente 3, 4.5 e 7.5 minutos.

[0059] As características da água bruta são:

[0060] Turbidez da água bruta EB = 5 a 10 NTU

[0061] Materiais em suspensão na água bruta EB = 7 a 15 g/m3

[0062] Fósforo total na água bruta EB: entre 0.5 e 7 g/m3

[0063] Taxa de fluxo tratada: 24 m3/h

[0064] Reagentes: coagulante (FeCI3) 50g/m3, polímero=0

[0065] Os resultados são apresentados no diagrama da Figura Eles expressam o fósforo na água flotada (ppm ou g/m3) traçados em ordenada, em função do fósforo da água bruta (ppm ou g/m3), traçado em abscissa, para os diferentes tipos de reatores mencionados.

[0066] Os melhores resultados, ilustrados pela curva C1, são obtidos com o reator de floculação estático pistão com defletores, de acordo com a invenção, qualquer que seja o tempo de permanência superior a 3 minutos.

[0067] O floculador agitado (8 minutos) dá resultados bem próximos, ilustrados pela curva C2, mas mais dispersos para um tempo de permanência maior.

[0068] O outro reator estático com defletores, portanto sem pistão, dá resultados piores, ilustrados pela curva C3 (neste tipo de reator os curtos-circuitos são muito significantes). Aliás, as lamas de fundo aparecem muito rapidamente devido à ausência de varredura de fundo.

[0069] Em conclusão, nesta aplicação o floculador de tipo pistão é retido. Pensa- se que este floculador de tipo pistão reduz, ou suprime, os curtos-circuitos, o que favorece as reações de eliminação do fósforo.

Segunda série de testes

[0070] Uma segunda série de testes foi realizada sobre uma água do mar e com a mesma linha piloto.

[0071] A água do mar é mais difícil de coagular. O coagulante é injetado na entrada de um reator de injeção de coagulante, com tempos de permanência de 3 minutos, seguido por uma zona sem agitação de menos de 1 minuto formando reator de coagulação, seguido ou não por um vertedouro (queda de água de 10 cm) e o reator de floculação que é o definido no exemplo precedente com um tempo de floculação de 6 minutos.

[0072] As características da água bruta são:

[0073] Turbidez da água bruta EB = 1 a 15 NTU

[0074] Taxa de fluxo tratada: 24 m3/h

[0075] Reagentes: coagulante (FeCI3) 10g/m3, polímero=0

[0076] A configuração oferece satisfação. Mas o teste que é aqui importante é o impacto ou não do vertedouro sobre a qualidade da água flotada considerando que nenhum polímero é injetado sobre o vertedouro.

[0077] Os resultados são os seguintes:

[0078] O teste mostra que o efeito positivo do vertedouro é nítido e de modo inesperada pois a turbidez da água do mar aumenta, aqui além de cerca de 3 NTU.

[0079] Em condições de floculação difíceis, o vertedouro 3 tem um efeito favorável para a clarificação por flotação.

Terceira série de testes

[0080] Uma terceira série de testes foi realizada sobre uma água de rio e sobre a mesma linha piloto

[0081] Aplicada ao tratamento das águas de superfície (rio ou subterrânea) a configuração revelou-se muito eficiente. A limitação das aplicações da flotação em relação à decantação, ocorre porque a flotação não pode normalmente tratar águas cujas turvações são superiores a 30 NTU ou mesmo 50 NTU. Os testes aqui apresentados têm por objetivo validar o melhor floculador para tratar as águas carregadas (50 a 300 NTU). Para estes testes, as 2 linhas pilotas são colocadas em paralelo.

[0082] As duas tecnologias comparadas foram, - um reator de floculação agitado: 2 reatores de floculação em série (2 tanques em série com agitadores de hélices) com 12 minutos de tempo de permanência. - um reator de floculação estático pistão com defletores com um tempo de permanência de 5 minutos

[0083] Para as 2 configurações, o coagulante é injetado por um misturador em linha na entrada de um reator de injeção de coagulante de tempos de permanência de 3 minutos seguido por uma zona sem agitação (constituindo o reator de coagulação 2) de menos de 1 minuto, de um vertedouro e de um dos 2 reatores de floculação. O flotador é sempre o mesmo e a taxa de fluxo aplicada sobre cada uma das 2 linhas piloto está compreendida entre 16 e 24 m3/h.

[0084] As características dos testes são as seguintes:

[0085] Turbidez da água bruta EB = 10 a 250 NTU (temperatura 5 a 7° C)

[0086] Taxa de fluxo tratada: 24 m3/h e reduzida a 16 m3/h para turvações superiores a 100 NTU

[0087] Reagentes: coagulante (FeCl3) 30 a 40 g/m3, polímero=0,2 a 0,4 g/m3 de acordo com turbidez da água bruta (inferior ou superior a 50 NTU).

[0088] Até 50 NTU, os 2 tipos de floculador têm desempenhos bem próximos. Além disso, a turbidez da água flotada é de cerca de 2 a 10 vezes superior à do floculador pistão. Em conclusão, para tratar fortes turvações em flotação, o floculador estático pistão sem energia dá resultados muito superiores. Por outro lado, o floculador estático pistão é relativamente menos volumoso, e consome menos energia.

[0089] Outras aplicações - para tratamentos mais delicados (água do mar,...) ou para águas carregadas ou eficácia geralmente oferecer mais flexibilidade e eficácia, pode-se realizar a etapa de injeção de coagulante em 2 reatores agitados 1.1 e 1.2 em série (Figuras 3 e 4). Isto permite, por exemplo, deslocar a injeção de polímero no segundo reator em vez de injetá-lo sobre o vertedouro 3. Aliás, esta configuração permite realizar a dupla injeção de coagulante descrita na patente francesa n° 2.909.993 (06 10866 depositada em 13/12/2006). Uma primeira injeção de coagulante no reator de injeção de coagulante, a injeção de polímero no reator de coagulação não agitado e a segunda injeção de coagulante sobre o vertedouro 3. - O aparelho de coagulação/floculação da invenção poderia ser utilizado na frente de um filtro ou membranas onde se procura, como diante de um flotador, filtrar flocos formados, leves e não colmatantes (especialmente sem polímero), - O aparelho de coagulação/floculação da invenção poderia eventualmente ser utilizado na frente de um decantador, com a condição de adaptar os tempos de floculação (mais longos), tendo um objetivo de redução de energia consumida e por último aceitar trabalhar sobre o decantador em velocidades mais baixas (aparelhos maiores).

Claims

1. Aparelho de coagulação/floculação para o tratamento de um fluxo hidráulico de qualquer tipo de líquido, à montante de um elemento de separação física, ou de uma unidade de filtração, o qual aparelho comporta pelo menos um coagulador com injeção de coagulante, seguido por um floculador, sucessivamente atravessados pelo fluxo hidráulico, caracterizado pelo fato de que: - o coagulador comporta um reator (1) de injeção de coagulante sob elevada energia, tendo uma energia superior a 40 W/m3, seguido por um reator de coagulação (2) com baixa energia, tendo uma energia inferior a 10 W/m3; - um elemento intermediário sob elevada energia (3) tendo uma energia superior a 20 W/m3 é disposto entre o reator de coagulação (2) e o floculador (4), - e o floculador é um floculador estático de tipo pistão (4).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o floculador estático de tipo pistão (4) tem a mesma largura que o elemento de separação física (5) situado à jusante.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o floculador estático de tipo pistão (4) é um floculador com defletores (4a, 4b).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator (1) de injeção de coagulante sob elevada energia é separado do reator de coagulação (2).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator (1) de injeção de coagulante está em uma energia compreendida entre 40 e 10000W/m3.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o reator (1) de injeção de coagulante é um misturador em linha com energia por unidade de volume compreendida entre 200 e 10000 W/m3.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o reator (1) de injeção de coagulante consiste de pelo menos um reator com tanque agitado de energia por unidade de volume compreendida entre 40 e 250W/m3.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o reator (1) de injeção de coagulante consiste de dois reatores em série (1.1, 1.2) com tanque agitado, de energia por unidade de volume compreendida entre 40 e 250W/m3.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator de coagulação (2) tem uma energia por unidade de volume inferior a 10W/m3.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento intermediário (3) indutor de energia induz uma energia por unidade de volume superior a 20W/m3 na zona superior do floculador pistão (4).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o elemento intermediário (3) indutor de energia induz uma energia por unidade de volume de entre 20 e 100 W/m3 na zona superior do floculador pistão.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento intermediário indutor de energia consiste de um vertedouro (3) apresentando uma altura de queda de pelo menos 5 cm.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o vertedouro (3) apresenta uma altura de queda inferior ou igual a 25 cm.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o floculador pistão (4) é de energia por unidade de volume inferior a 1 W/m3, preferivelmente inferior a 0,3 W/m3.

15. Processo de implementação de um aparelho de coagulação/floculação como definido na reivindicação 1, para o tratamento de um fluxo hidráulico de qualquer tipo de líquido, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência no reator de coagulação de baixa energia (2) é inferior a 1 minuto.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência no reator de floculação (4) de tipo pistão está compreendido entre 2 e 8 minutos

17. Processo de implementação de um aparelho de coagulação/floculação como definido na reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência no reator (1) de injeção de coagulante, no caso de reator com tanque agitado, está compreendido entre 2 e 6 minutos, em função do tipo de água a tratar.