BR112015005908B1

BR112015005908B1 - Processo de tratamento de águas compreendendo flotação combinada com filtração por gravidade e equipamento correspondente.

Info

Publication number: BR112015005908B1
Application number: BR112015005908-2A
Authority: BR
Inventors: Abdelkader Gaid; Jérôme Lepare
Original assignee: Veolia Water Solutions & Technologies Support
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2021-06-01
Also published as: BR112015005908A2; HK1212316A1; US20150218012A1; EP2897913A1; MX2015003479A; CN104781198A; AP3956A; FR2995603A1; CN104781198B; CA2884673A1; AP2015008312A0; AU2013320381A1; MX370125B; AU2013320381B2; ZA201501575B; WO2014044619A1; FR2995603B1; EP2897913B1; ES2742804T3; SG11201501856UA

Abstract

método para o tratamento de águas incluindo flotação combinada com filtração por gravidade e unidade correspondente. a invenção refere-se a um método de tratamento de águas para as tornar potáveis ou dessalinizadas, compreendendo o referido método pelo menos um ciclo de tratamento das referidas águas que compreende: - uma fase de coagulação e/ou floculação; - uma fase de flotação no interior de um reator de flotação (29) das águas oriundas da referida fase de coagulação, seguida ou não de uma fase de floculação; - uma fase de filtração por gravidade, no interior de um filtro por gravidade (33), das águas oriundas da referida fase de flotação, sendo o referido reator de flotação (29) pelo menos parcialmente sobreposto ao referido filtro por gravidade (33), - e pelo menos um ciclo de lavagem do referido filtro por gravidade, compreendendo uma fase de retrolavagem do referido filtro por gravidade. caracterizado por a referida fase de filtração por gravidade ser executada a uma velocidade de 1 o m/h a 30 m/h, possuindo o referido filtro um leito de material filtrante (330) distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m.

Description

1. Domínio da invenção

[001] O domínio da invenção coincide com o do tratamento de águas para a tornar potável ou a dessalinizar.

[002] Mais especificamente, a invenção refere-se a uma técnica para o tratamento de águas que combina flotação com filtração por gravidade.

2. Técnica anterior

[003] Os vários métodos podem ser implementados para produzir água bebível ou potável. Estes métodos, também designados métodos de potabilização, incluem os métodos DAFF (filtração por flotação com ar dissolvido, em inglês Dissolved Air Flotation Filtration), que combinam flotação e filtração granular.

[004] Relativamente à figura 1, um método deste tipo compreende ciclos sucessivos de tratamento, nos quais as águas que se pretende tratar são geralmente introduzidas em um tanque de coagulação 10, possivelmente seguido de um ou mais tanques de floculação 10', 10” utilizando um tubo de admissão 11. A coagulação e a floculação podem decorrer no mesmo tanque 10. Um ou mais reagentes coagulantes 12 com ou sem floculante 13 são injetados e misturados nas águas que se pretende tratar. Por conseguinte, o uso do reagente coagulante é obrigatório, enquanto o floculante é opcional. Assim, as partículas coloidais e as partículas em suspensão na água que se pretende tratar, em especial o fitoplâncton, aglomeram-se e formam flocos. Uma parte da matéria orgânica dissolvida na água pode também ser adsorvida.

[005] A água inicialmente coagulada e, conforme os casos também floculada, é depois transferida através de um elemento de extravasamento 18 para a base da zona de injeção 140 de um reator de flotação 14, onde é também introduzida água supersaturada de oxigênio. Sob o efeito da expansão do oxigênio dentro do reator de flotação, são formadas bolhas de gás que sobem à superfície do reator de flotação 14, arrastando os flocos presentes na água. A mistura de bolhas de ar e flocos é depois descarregada em um extravasamento a partir das zonas de separação 141 do reator de flotação 14, através de uma calha 19, para a qual é empurrada através de um dispositivo de raspagem fornecido para esse fim.

[006] A água que foi submetida a flotação flui por gravidade desde a base do reator de flotação 14, e mais particularmente a base da zona de separação 141 deste, para um filtro de gravidade 16, que se estende no prolongamento da zona de separação 141 do reator de flotação 14 sob esta zona de separação. Este filtro de gravidade 16 contêm um material de filtração granular, distribuído ao longo de uma altura máxima do material de cerca de 1,20 m. Este material pode ser material de camada simples e ser constituído, por exemplo, por uma camada de areia, ou um material multi-camada, em particular um material em duas camadas, constituído, por exemplo, por uma camada de areia e pelo menos outro material tal como antracite, pedra pomes, carbono ativado granulado, etc. A água que vem do reator de flotação 14 é filtrada neste filtro de gravidade 16 e separada dos flocos e partículas residuais que se encontram suspensos na mesma. A água tratada 17 é recolhida à saída do filtro de gravidade 16.

[007] À medida que a água vai sendo filtrada pelo filtro de gravidade 16, este filtro fica obstruído. Para permitir que o filtro de gravidade 16 mantenha um nível apropriado de funcionamento, são executados regularmente ciclos de lavagem entre os dois ciclos de processamento. Estes ciclos de lavagem consistem geralmente na injeção em contra-corrente de água através do filtro de gravidade 16, através de sistemas de injeção 15' para soltar a matéria que se junta entre os interstícios formados entre os grãos de material de filtração. Esta matéria sobre com a água de lavagem até ao elemento de extravasamento 19 do reator de flotação do qual é descarregada.

[008] Os métodos deste tipo podem também ser implementados como métodos pré-tratamento em um processo de tratamento por dessalinização, sendo a água oriunda do filtro de gravidade 16 utilizada como água de alimentação da unidade de dessalinização, por exemplo uma unidade de dessalinização por osmose inversa.

[009] Os métodos deste tipo são particularmente eficientes porque podem ser utilizados para produzir água potável ou água de alimentação de alta qualidade para membranas de osmose inversa. No entanto podem ser aperfeiçoados.

3. Desvantagens da técnica anterior

[010] Em particular, os materiais granulados dos sistemas da técnica anterior, que combinavam a flotação e a filtração por gravidade, apresentam alturas da ordem de 1,2 m. Estas alturas não permitem velocidades de filtração superiores a 10 m/h. No entanto, é desejável ter a possibilidade de utilizar velocidades superiores.

[011] Além disso, a fim de obter uma separação líquido-sólido apropriada entre os flocos e a água, a altura da água no reator de flotação 14 tem de ter uma dimensão suficiente. Em geral é de 3,5 a 5,5 metros.

[012] Dada esta grande altura de água, observou-se que, em métodos existentes, o tempo de subida da água para a água de lavagem injetada em contra-corrente no filtro por gravidade é considerável. Por exemplo, quando a altura da água no reator de flotação varia entre 4 a 5,5 metros, e quando a velocidade da água de lavagem no filtro de gravidade varia entre 20 e 50 m3/m2/h, o tempo de subida da água de lavagem até ao elemento de extravasamento do reator de flotação varia respectivamente entre 12 e 16,6 minutos e 4,8 a 6,6 minutos. Em comparação, o tempo de subida da água de lavagem em um filtro convencional de areia com 1 a 1,2 metros de altura, seria cerca de 3 minutos durante a lavagem do filtro a 20 m3/m2/h.

[013] Um tempo longo de subida da água de lavagem no reator de flotação dá tempo suficiente para que as partículas de flocos libertos do filtro por gravidade choquem entre si no reator de flotação e se agreguem, formando partículas ou flocos de maiores dimensões. Este fenômeno, designado re- floculação, provoca assim a formação de partículas e flocos mais pesados, que são difíceis de descarregar do reator de flotação quando a água de lavagem sobe até ao elemento de extravasamento. Estas partículas e flocos têm então tendência para decantar na superfície do filtro por gravidade, isto é, na superfície de contato entre o filtro por gravidade e o reator de flotação. Assim, uma fina camada de partículas e flocos é formada na superfície do filtro de gravidade. A presença desta fina camada tem tendência para aumentar a perda inicial à cabeça através do filtro de gravidade, no final de um ciclo de lavagem. Este fenômeno de re-floculação reduz, assim, o desempenho do filtro por gravidade.

[014] De acordo com outro aspecto, quando a água, que foi submetida a uma etapa de flotação e se encontra supersaturada de oxigênio, passa através da camada de filtração do filtro de gravidade, cria a desgaseificação desta água, dando assim origem à formação de bolhas de ar no interior do material filtrante. Estas bolhas de ar ficam, com frequência, presas nos interstícios entre os grãos do material filtrante. A presença destas bolhas de gás, resultantes deste fenômeno, designado cavitação gasosa ou formação de bolhas no filtro, no interior do material filtrante tem tendência a aumentar gradualmente a perda à cabeça através do filtro. É assim necessário executar ciclos frequentes de lavagem do filtro, de forma a que este possa manter um nível apropriado de desempenho. A cavitação gasosa do filtro conduz, por conseguinte, a uma redução na duração dos ciclos de processamento, um aumento na perda de água devido à lavagem do filtro e uma redução da produção de águas tratadas.

[015] Além disso, as tecnologias da técnica anterior pressupõem a utilização de instalações de tamanhos relativamente grandes para coagulação e, conforme o caso, floculação, porque os tempos de tratamento para a obtenção de uma coagulação eficiente e, conforme o caso, floculação eficiente são relativamente longos, dependendo da qualidade da água que se pretende tratar e da temperatura.

4. Objetivos da invenção

[016] A invenção destina-se especialmente a ultrapassar estas desvantagens da técnica anterior.

[017] Mais especificamente, constitui um objetivo da invenção proporcionar uma técnica de tratamento de águas que combine flotação e filtração por gravidade, cujo desempenho pode, em pelo menos uma realização, ser intensificado comparativamente com as técnicas de tratamento da técnica anterior deste tipo.

[018] Em particular, constitui um objetivo da invenção em pelo menos uma realização implementar uma técnica deste gênero que torne possível a implementação de velocidades de filtração de mais de 10 m/h.

[019] Constitui outro objetivo da invenção em pelo menos uma realização limitar ou mesmo eliminar o fenômeno de re-floculação no reator de floculação durante as operações de lavagem do filtro por gravidade.

[020] Constitui ainda outro objetivo da invenção implementar uma técnica deste gênero que contribua em pelo menos uma realização para limitar ou mesmo eliminar o fenômeno de cavitação gasosa no filtro por gravidade.

[021] A invenção procura também proporcionar uma técnica deste tipo, cuja implementação em pelo menos uma realização optimiza a fase de coagulação e, conforme o caso, a floculação, especialmente através da redução do tempo de contato das águas com o coagulante ou coagulantes e, possivelmente, floculantes e através da redução da dimensão das instalações de coagulação e, possivelmente, de floculação.

[022] Constitui outro objetivo da invenção proporcionar uma técnica deste gênero que em pelo menos uma realização é simples e/ou fiável e/ou econômica.

5. Resumo da invenção

[023] Estes objetivos, assim como outros que se evidenciarão seguidamente, são alcançados através de um método de tratamento de águas para as tornar potáveis ou dessalinizadas, compreendendo o referido método pelo menos um ciclo de tratamento das referidas águas que compreende:uma fase de coagulação, seguida ou não de uma fase de floculação;uma fase de flotação no interior de um reator de flotação das águas oriundas da referida fase de coagulação, seguida ou não de uma fase de floculação;uma fase de filtração por gravidade, no interior de um filtro por gravidade, das águas oriundas da referida fase de flotação, sendo o referido reator de flotação pelo menos parcialmente sobreposto ao referido filtro por gravidade,e pelo menos um ciclo de lavagem do referido filtro por gravidade, compreendendo uma fase de retrolavagem do referido filtro por gravidade.

[024] De acordo com a invenção, a referida fase de filtração por gravidade é executada a uma velocidade de 10 m/h a 30 m/h, possuindo o referido filtro um leito de material filtrante distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m.

[025] Assim, de acordo com a invenção, através do uso de alturas maiores de material filtrante, a velocidade de filtração e, como corolário, os caudais de águas tratadas, podem aumentar consideravelmente.

[026] Especificamente, o reator de flotação encontra-se pelo menos parcialmente subreposto no filtro por gravidade. De preferência, não se encontrará totalmente sobreposto no filtro por gravidade.

[027] De acordo com uma variante preferida da invenção, o referido ciclo de lavagem compreende uma fase de varrimento da superfície de contato entre o referido reator de flotação e o referido filtro por gravidade com um fluido dispensado através de um sistema de barras de injeção que se prolongam pela superfície da referida superfície de contato I.

[028] Assim, nesta variante preferida, a invenção refere-se a uma abordagem completamente original. Esta abordagem completamente original, em um método que combina uma flotação e um reator de flotação e uma filtração de alta velocidade em um filtro por gravidade situado no prolongamento do reator de flotação, consiste no varrimento, durante a lavagem do filtro, da superfície de contato entre o reator de flotação e o filtro por gravidade com um fluido dispensado através de um sistema de barras de injeção que se prolongam sobre a superfície desta superfície de contato.

[029] O fato de varrer a superfície de contato entre o reator de flotação e o filtro por gravidade, por outras palavras a superfície superior do filtro por gravidade ou no mínimo uma região próxima deste local durante a lavagem do filtro reduz o tempo que levam as partículas e/ou flocos libertados do filtro por gravidade a ascender até ao elemento de extravasamento do reator de flotação e, por conseguinte, acelera a remoção dos mesmos. Dado que o tempo de subida das partículas e/ou flocos é reduzido, o fenômeno de re-floculação é evitado ou pelo menos reduzido.

[030] De acordo com uma característica vantajosa, o referido fluido é dispensado durante a referida fase de varrimento, de preferência em paralelo à referida superfície de contato.

[031] Assim, o fluido de varrimento torna possível não só aumentar a velocidade a que os flocos sobem no reator de flotação, prevenindo assim a re- floculação, como também libertar, da superfície do filtro por gravidade, os flocos que ainda assim se depositaram neste. Assim, a eficiência da técnica da invenção é aperfeiçoada.

[032] Em uma realização vantajosa, a referida fase de varrimento e a referida fase de retro-lavagem são executadas simultâneamente, aumentando ainda mais a velocidade a que os flocos sobem e restringindo ainda mais o fenômeno de refloculação.

[033] De acordo com um aspecto preferido da invenção, dá-se um uso mais eficiente do volume das águas de lavagem utilizadas classicamente na retro- lavagem através da distribuição apropriada destas entre o fundo do filtro para a retro-lavagem e a superfície do filtro para o varrimento da superfície. Por outras palavras, o uso de uma fase de varrimento de acordo com a invenção é preferencialmente executada sem o volume de água necessário para a retro- lavagem e sendo o varrimento apreciavelmente maior do que o volume de água que seria classicamente utilizado apenas para a retro-lavagem, em que não se verifica varrimento.

[034] De acordo com uma variante, a referida etapa de retro-lavagem compreende uma injeção em contra-corrente de água no referido filtro por gravidade a uma velocidade de 8 a 60 m3/m2/h.

[035] Assim, obtém-se uma eficiência muito elevada na libertação dos flocos presos no filtro por gravidade.

[036] De acordo com uma variante preferida, o referido ciclo de retro- lavagem compreende as fases sucessivas de injeção em contracorrente de ar no referido filtro por gravidade, injeção em contracorrente de ar e de água no referido filtro por gravidade, injeção em contracorrente de água no referido filtro por gravidade, sendo as referidas fases de varrimento e de injeção de água implementadas em simultâneo.

[037] Assim, favorece-se a eliminação dos flocos presos no filtro por gravidade. Melhora-se a eficiência da lavagem.

[038] De acordo com uma realização preferida da invenção, o referido ciclo de tratamento compreende pelo menos uma fase de mini-lavagem o referido filtro por gravidade.

[039] A execução de mini-operações de lavagem durante um ciclo de tratamento reduz a cavitação do filtro por gravidade. A frequência dos ciclos de lavagem pode ser assim aumentada, contribuindo assim, por um lado, para o aumento da produção de águas tratadas através do aumento da duração dos ciclos de tratamento e, por outro lado, através da redução das perdas de água devido à lavagem do filtro.

[040] Neste caso, a referida fase de mini-lavagem compreende preferencialmente uma infiltração em contracorrente de água no referido filtro por gravidade.

[041] A duração da referida fase de infiltração é preferencialmente entre 10 e 30 segundos, sendo a água infiltrada no referido filtro por gravidade a uma velocidade vantajosamente entre 10 e 30 m/h.

[042] Assim, é alcançada uma redução eficiente em termos de cavitação no filtro por gravidade.

[043] A fase de mini-lavagem pode ser melhorada através da adição de um varrimento simultâneo na superfície de contato I, durante esta mini-lavagem. Esta operação de varrimento, para além de eliminar bolhas de ar, fragmenta os flocos para prevenir um efeito de acumulação à superfície do filtro assim que a filtração é retomada, após a mini-lavagem. A água de varrimento é injetada no filtro por gravidade, de de preferência a uma velocidade entre 8 e 20 m/h e, vantajosamente, por 10 a 30 segundos.

[044] Um método de acordo com a invenção compreende preferencialmente uma fase de medição de um elemento de informação que representa a perda à cabeça através do referido filtro por gravidade, sendo a referida fase de mini-lavagem ativada quando o valor medido do referido elemento de informação que representa a perda à cabeça através do referido filtro por gravidade for superior ou igual a um limiar pré-determinado.

[045] As operações de mini-lavagem são ativadas somente quando têm realmente de ser implementadas. Optimiza-se assim o tratamento de águas.

[046] A invenção refere-se também a uma unidade de tratamento de águas especialmente adaptada para implementar um método de acordo com qualquer uma das variantes aqui referidas anteriormente.

[047] Uma unidade assim compreende:meios para entrada de águas destinadas ao tratamento;uma zona de coagulação seguida ou não de uma zona de floculação, para a qual conduzem os referidos meios para entrada de águas destinadas ao tratamento;um reator de flotação compreendendo uma admissão ligada à descarga da referida zona de coagulação e/ou floculação;um filtro por gravidade, sendo o referido reator de flotação pelo menos parcialmente sobreposto ao referido filtro por gravidade e comunicante com o mesmo de forma que as águas oriundas do referido reator de flotação podem fluir gravitacionalmente para o referido filtro por gravidade.caracterizado por o referido filtro possuir um leito de material filtrante distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m.

[048] Como anteriormente indicado, esta altura de material filtrante torna possível implementar velocidades de filtração por gravidade elevadas, oscilando entre 10 m/h a 30 m/h.

[049] O material filtrante pode ser em monocamada ou multicamada.

[050] De acordo com uma variante, o referido material filtrante é constituído por uma camada de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuído por uma altura entre 1,5 m e 3,0 m.

[051] De acordo com outra variante, o referido material filtrante é constituído por duas camadas, nomeadamente:- uma camada inferior de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuído por uma altura entre 0,75 m e 1,5 m e- uma camada superior de um material com uma dimensão do grão entre 1,2 mm e 2,5 mm, selecionado do grupo constituído por antracite, pedra- pomes, filtralite® e carbono ativado granular, distribuído por uma altura entre 0,75 m e 1,5 m.

[052] De acordo com ainda outra variante, o referido material filtrante é constituído por três camadas, nomeadamente:uma camada inferior de um material selecionado de um grupo constituído por dióxido de manganês e granada, com uma dimensão do grão entre 0,2 mm e 2,5 mm, distribuído por uma altura entre 0,3 m e 2 m,uma camada intermédia de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuído por uma altura entre 0,6 m e 3 m euma camada superior de um material com uma dimensão do grão entre 1,2 mm e 2,5 mm, selecionado do grupo constituído por antracite, pedra- pomes, filtralite® e carbono ativado granular, distribuído por uma altura entre 0,6 m e 3 m.

[053] De acordo com uma variante preferida da invenção, a unidade compreende adicionalmente meios de injeção de um fluido de varrimento na superfície de contato entre o referido reator de flotação e o referido filtro por gravidade, compreendendo o referido meio de injeção um sistema de barras de injeção de um fluido de varrimento que se prolongam pela superfície da referida superfície de contato.

[054] De acordo com uma realização particular, as referidas barras compreendem tubos perfurados com orifícios.

[055] Esta solução técnica torna possível a execução de uma fase de varrimento simples mas eficiente.

[056] Neste caso, o diâmetro dos referidos orifícios oscila entre 30 e 40 milímetros.

[057] A distância entre dois orifícios sucessivos executados em um mesmo tubo perfurado oscila entre 100 e 150 milímetros.

[058] A distância entre dois tubos sucessivos perfurados oscila entre 1 e 2 metros.

[059] Quando a superfície superficial da superfície de contato for maior que 36 m2, os tubos são preferencialmente espaçados cerca de 2 metros. Para unidades de menor tamanho, estes são preferencialmente espaçados cerca de 1 a 1,5 metros.

[060] Os eixos dos referidos orifícios prolongam-se essencialmente paralelos à referida superfície de contato.

[061] O fluido de varrimento pode ser assim dispensado essencialmente paralelo à superfície de contato, entre o reator de flotação e o filtro por gravidade.

[062] As referidas barras de injeção prolongam-se preferencialmente no sentido da largura da referida superfície. A largura das unidades de flotação é efetivamente muito menor do que o comprimento. Esta disposição das barras para injetar água de varrimento irá criar menos perda à cabeça e irá induzir uma distribuição homogênea da água dispensada.

6. Lista de figuras

[063] Outras características e vantagens da presente invenção serão evidentes com maior clareza a partir da descrição seguinte de uma forma de realização preferida indicada a título de simples exemplo ilustrativo e não- exaustivo e a partir das figuras em anexo, as quais:

[064] A figura 1 ilustra uma unidade de tratamento de águas de acordo com a técnica anterior, que combina flotação e filtração por gravidade;

[065] A figura 2 ilustra uma unidade de tratamento de águas de acordo com a invenção;

[066] A figura 3 ilustra uma perspectiva das barras de injeção do fluido de varrimento da unidade da figura 2.

7. Descrição de uma realização da presente invenção 7.1 . Recapitulação dos princípios gerais da invenção

[067] Os princípios gerais da invenção baseiam-se na implementação de elevadas velocidades de filtração por gravidade, acima dos 10 m/h, em uma técnica de processamento de águas que combina a flotação e a filtração por gravidade através de um leito de material filtrante distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m. A filtração é preferencialmente executada com um varrimento durante a lavagem do filtro por gravidade, da superfície de contato entre o reator de flotação e o filtro por gravidade por um fluido dispensado através de um sistema de barras de injeção que se prolongam sobre a superfície desta superfície de contato.

7.2 Exemplo de uma unidade de acordo com a invenção

[068] Relativamente à figura 2, é apresentada uma realização de uma unidade de tratamento de águas de acordo com a invenção.

[069] Assim, como se pode ver na figura 2, esta unidade compreende um tubo 20 para a admissão de água que se pretende tratar. Este tubo de admissão 20 conduz a uma zona de coagulação e depois para uma zona de floculação 20', compreendendo um ou preferencialmente dois tanques. A zona de coagulação 21 e a zona de floculação 21' contêm meios de agitação, os quais, na presente realização, compreendem agitadores de lâmina 22. Outros meios agitadores podem ser implementados em variantes. A zona de floculação 20' contêm também um elemento orientador do fluxo, também designado guia de fluxo 23. Na presente realização, este guia de fluxo 23 contêm um elemento tubular com uma seção circular, no interior da qual se encontra o agitador de lâmina 22.

[070] Os meios de injeção do coagulante 24 conduzem, a montante da zona de coagulação 21, ao tubo de admissão 20. Em uma variante, podem conduzir diretamente para a zona de coagulação 21. Os meios de injeção do floculante 25 conduzem para a zona de floculação 21. A zona 21 na presente realização constitui, por conseguinte, uma zona de coagulação e a zona 21' constitui uma zona de floculação. Em variantes, a zona de coagulação e a zona de floculação podem encontrar-se no mesmo tanque. A zona de floculação 21' pode ser subdividida em várias zonas. Dado que a floculação é opcional, a unidade pode prescindir, algumas variantes, de uma zona de floculação 21’.

[071] A zona de floculação 21' compreende uma descarga 26 de águas coaguladas e floculadas, situada no topo da zona. Como variante, poderia encontrar-se situada no fundo desta zona 21'. Esta descarga 26 encontra-se ligada através de uma abertura 28 à admissão de um reator de flotação 29 e, mais particularmente, à admissão da respectiva zona de mistura 290.

[072] Um tubo 30 de passagem de águas supersaturadas de oxigênio conduz também à admissão do reator de flotação 29.

[073] O reator de flotação 29 e mais particularmente a respectiva zona de separação 291 compreende classicamente um elemento de extravasamento 31 que abre para uma descarga 32, destinada ao escoamento de lamas, constituídas essencialmente por uma mistura de bolhas de ar e lamas. Compreende ainda um elemento subfluxo, que comunica com a admissão de um filtro por gravidade 33.

[074] O filtro por gravidade 33 extende-se no prolongamento do reator de flotação 29, sob este, e mais particularmente sob a respectiva zona de separação, da qual as lamas são removidas. O filtro de gravidade 33 compreende uma massa filtrante 330.

[075] A massa filtrante 330 pode ser constituída por uma ou mais camadas de material filtrante. A altura desta massa filtrante 330 é vantajosamente de 1,5 a 3,0 metros e preferencialmente igual a cerca de 3 metros. Compreende ainda: uma única camada de material filtrante, por exemplo, constituída por areia ou carbono ativado, possivelmente com uma dimensão do grão entre 0,5 e 0,8 milímetros: este será um filtro monocamada;uma camada superior, por exemplo de antracite, pedra-pomes, filtralite ou carbono ativado granulado, com uma dimensão do grão entre 1,2 a 2,5 milímetros, e uma camada inferior, por exemplo de areia, com uma dimensão do grão entre 0,5 e 0,8 milímetros: este será um filtro de camada dupla;uma camada superior, por exemplo de antracite, pedra-pomes, filtralite ou carbono ativado granulado, com uma dimensão do grão entre 1,2 a 2,5 milímetros, uma camada intermédia, por exemplo de areia, com uma dimensão do grão entre 0,5 e 0,8 milímetros e uma camada inferior, por exemplo de dióxido de manganês e granada, com uma dimensão do grão entre 0,2 e 2,5 milímetros: este será um filtro de camada tripla.

[076] No filtro de camada dupla, a altura da camada superior pode ser igual à da camada inferior.

[077] O filtro por gravidade 33 compreende uma descarga que conduz a um tubo 34, destinado à extração das águas tratadas.

[078] A unidade compreende meios de admissão de um fluido de varrimento 35. Estes compreendem um tubo de admissão de um fluido de varrimento 35 que conduz a um sistema de barras de injeção, as quais se prolongam até à superfície de contato I, entre o filtro por gravidade 33 e o reator de flotação 29, em especial a respectiva zona de separação 291. A superfície de contato I coincide com a superfície superior do filtro por gravidade 33 e mais especificamente da massa filtrante 330.

[079] Como se pode ver na figura 3, que ilustra uma vista esquemática ampliada da superfície de contato I, entre o filtro por gravidade 33 e o reator de flotação 29, as barras de injeção compreendem vários tubos 36 que estão ligados ao tubo de admissão 35 de um fluido de varrimento. O tubo 35 é um tubo principal que se encontra em relação próxima com os tubos 36, os quais são tubos associados.

[080] Os tubos 36 prolongam-se até à superfície da superfície de contato I, essencialmente em paralelo com esta superfície de contato. A distância D entre dois tubos 36 sucessivos é preferencialmente de 1 a 2 metros. Os tubos 36 prolongam-se na direcção da largura I da superfície de contato I, sendo a largura I desta superfície de contato menor do que o respectivo comprimento L.

[081] Os tubos 36 são perfurados com orifícios 37 executados ao longo de eixos essencialmente paralelos à superfície da superfície de contato I, a fim de prevenir infiltrações de areia, partículas ou flocos. São preferencialmente instalados acima da massa filtrante 330, a uma altura situada entre 10 e 30 cm em relação a estes. O diâmetro dos orifícios 37 é preferencialmente de 30 a 40 milímetros. A distância entre dois orifícios 37 sucessivos executados em um mesmo tubo perfurado 36 é preferencialmente de 100 a 150 milímetros. Os orifícios 37 são calibrados para prevenir perdas à cabeça. São preferencialmente executados a uma taxa de oito orifícios por metro linear do tubo 36. Devido a estas características, pode-se observar uma distribuição muito homogênea no caudal de água que sai dos tubos.

[082] O tubo 35 para admissão de um fluido de varrimento encontra-se ligado, nesta realização, ao tubo 20 de admissão de águas destinadas ao tratamento por uma conduta, na qual está localizado uma bomba (não representada). Em variantes, pode estar ligada ao tubo 34 para extração das águas tratadas por uma conduta na qual se encontra uma bomba que não está representada ou, se for caso disso, ao tubo para extração de concentrado que sai da unidade de dessalinização, por exemplo por osmose inversa, localizada a jusante do tubo de extração de águas tratadas.

[083] A unidade compreende meios de injeção de ar, compreendendo um tubo de injeção de ar 39 que conduz à base do filtro por gravidade 33 e ligado aos meios de produção de ar, tal como um compressor.

[084] A unidade compreende meios de medição de elementos de informação que representam a perda à cabeça através do filtro por gravidade 33. As perdas à cabeça são medidas deste modo, através de instrumentos adaptados, dispostos a montante e a jusante em relação ao filtro por gravidade.

[085] A unidade compreende meios de retrolavagem do filtro por gravidade 33. Estes meios de retrolavagem compreendem uma bomba 27, utilizada para enviar as águas tratadas, acumuladas em um tanque 38, através de um tubo de extração 34, em contra-corrente em relação ao filtro 33. Em variantes, podem incluir um tubo ligado ao tubo 20 para admissão das águas que se pretende tratar, conduzindo à base do filtro por gravidade 33, e neste uma bomba para injetar água destinada ao tratamento em contra-corrente para o filtro. Podem também incluir, por exemplo, um tubo ligado a um tubo para extração de concentrado de uma unidade de filtração por osmose inversa localizada a jusante, conduzindo à base do filtro por gravidade 33, e neste encontra-se montada uma bomba para injetar concentrado de dessalinização em contracorrente para o filtro.

[086] A unidade compreende ainda meios automáticos de controlo da activação dos ciclos para tratamento e ciclos de lavagem.

7.3 Exemplo de um método de tratamento de águas de acordo com a invenção

[087] Um método de tratamento de águas de acordo com a invenção pode consistir, por exemplo, em obrigar as águas que se pretende tratar a deslocar- se através de uma unidade tal como a que se acabou de descrever.

[088] Durante este método, os ciclos de tratamento das águas e os ciclos de lavagem do filtro por gravidade são implementados alternadamente.

[089] Durante um ciclo de tratamento, as águas que se pretende tratar são conduzidas para a zona de coagulação 21 através do tubo de admissão 20, por exemplo através de uma bomba de admissão.

[090] Um ou mais reagentes coagulantes são injetados na zona de coagulação 21 e/ou a montante desta, através dos meios de injeção 24. Na presente realização, um ou mais reagentes floculantes são injetados na zona de floculação 21'. Os agitadores 22 são feitos para funcionar de forma a misturar o coagulante e agentes floculantes com as águas que se pretende tratar. Na presente realização, as águas que se pretende tratar são então submetidas a uma fase de coagulação e floculação. No entanto, a floculação é opcional e não será implementada salvo se for precedida por uma fase de coagulação. No entanto, pode ser executada uma fase de coagulação sem ser seguida de qualquer fase de floculação.

[091] O guia de fluxo 23 é utilizado para gerar fluxos ascendentes e descendentes de água no interior da zona de floculação, como é ilustrado pelas setas. A aplicação deste optimiza, por conseguinte, a agitação através da conversão do fluxo radial em fluxo axial. Elimina também os pontos mortos e as derivações. A mistura de agentes coagulantes e floculantes com água é assim aperfeiçoada. O tempo de contato entre os agentes coagulantes e floculantes pode ser assim reduzida, contribuindo assim para uma redução de cerca de 25% do volume e área da zona de coagulação 21 e, se for caso disso, a zona de floculação 21'. Este guia de fluxo também reduz a velocidade de agitação e elimina o impulso radial, contribuindo assim para uma redução das tensões mecânicas nos meios de agitação. Esta técnica é distribuída comercialmente pelo requerente, com a designação Turbomix®.

[092] As águas coaguladas e floculadas desta forma fluem desde a descarga 26 para a base do reator de flotação 29 a partir da admissão 28. As águas supersaturadas com oxigênio são injetadas na entrada deste reator de flotação 29 através do tubo 30. O oxigênio contido nestas águas expande e forma bolhas de ar no interior do reator de flotação 29. Nesta realização, as águas previamente submetidas a coagulação e/ou floculação e as águas supersaturadas com oxigênio são injetadas em contra-corrente na zona de mistura 290. As águas previamente submetidas a coagulação e/ou floculação são depois submetidas a uma fase de flotação no interior do reator de flotação 29. Durante esta fase de flotação, os flocos formados durante a fase de coagulação e/ou floculação preliminar são capturados pelas bolhas de ar, as quais sobem até à superfície do reator de flotação 29. Uma mistura de bolhas de ar e flocos é depois extraída em um extravasamento 31, a partir do reator de flotação 29, e descarregada através de uma calha 32 por um dispositivo de raspagem (não representado) fornecido para esse fim.

[093] Paralelamente à fase de flotação, as águas, libertas da maior parte dos flocos que se encontravam inicialmente em suspensão nestas, fluem por gravidade a uma velocidade superior a 10 m/h e preferencialmente na ordem dos 15 m/h pelo filtro por gravidade 33, através do qual são submetidas a uma fase de filtração por gravidade. Esta velocidade de filtração elevada é possível porque a altura da massa filtrante 330 é maior. Durante esta fase de filtração por gravidade, as águas que se pretende tratar são libertas do restante dos flocos e outras partículas que se encontravam em suspensão nestas. Dependendo da natureza da massa filtrante 330, uma parte da poluição orgânica dissolvida nas águas que se pretende tratar pode também ser eliminada destas por adsorção.

[094] As águas filtradas são extraídas do filtro por gravidade 33 através do tubo de extração 34. Podem ser depois dirigidas, por exemplo, para uma zona de armazenagem de água potável, por exemplo um tanque de armazenagem 38. Se as águas que se pretende tratar forem águas salgadas, as águas extraídas do filtro 33 podem servir como água de alimentação da(s) unidade(s) de dessalinização, por exemplo unidades de osmose inversa localizadas a jusante.

[095] À medida que as águas vão sendo filtradas através do filtro por gravidade 33, as bolhas de ar bloqueiam gradualmente os interstícios entre os grãos da massa filtrante 330, aumentando assim a perda à cabeça através do filtro por gravidade 33.

[096] É preferencialmente implementada de forma contínua durante o ciclo de tratamento uma fase de medição de um elemento de informação representativo da perda à cabeça através do filtro por gravidade 33, tal como, por exemplo, a medição da pressão a montante e jusante do filtro, refletindo a diferença destas pressões esta perda à cabeça.

[097] Quando o valor medido deste elemento de informação representativo da perda à cabeça através do filtro por gravidade 33 for superior ou igual a um limiar pré-determinado, é implementada uma fase de mini-lavagem.

[098] Esta fase de mini-lavagem consiste na infiltração da água filtrada oriunda da descarga do filtro por gravidade 33 através da bomba 27 e do tubo 34, águas destinadas ao tratamento e, conforme o caso, concentrado de osmose inversa, em contra-corrente no filtro por gravidade 33, de acordo com uma velocidade preferencialmente entre 10 e 30 m/h. A duração da mini-lavagem é preferencialmente de 10 a 30 segundos. As mini-lavagens podem ser assim implementadas, por exemplo a cada seis horas.

[099] Durante estas mini-lavagens, as bolhas de ar capturadas no filtro por gravidade 33 são descarregadas. Assim, restringe-se a cavitação gasosa no filtro por gravidade. A frequência dos ciclos de lavagem dos filtros pode ser estendida e as perdas de água podem ser reduzidas. Consequentemente, aumentam a duração dos ciclos de tratamento, assim como a quantidade da água tratada produzida.

[100] À medida que as águas vão sendo filtradas através do filtro por gravidade 33, os interstícios entre os grãos que formam a massa filtrante 330 ficam gradualmente obstruídos pelo material que inicialmente se encontrava em suspensão.

[101] Quando o valor medido de um elemento de informação representativo da perda à cabeça através do filtro por gravidade 33 se torna superior ou igual a um segundo limiar pré-determinado, esse ciclo de tratamento é parado e o ciclo de lavagem do filtro por gravidade 33 é iniciado.

[102] Nesta realização, o ciclo de tratamento compreende uma primeira sub-fase de descarga de todas as lamas, isto é, a mistura de bolhas de ar e de flocos, presentes em um elemento de extravasamento 31 do reator de flotação 29, através da calha 32.

[103] A seguinte sub-fase consiste na paragem da chegada de águas em bruto destinadas ao tratamento na unidade de tratamento.

[104] Durante a sub-fase seguinte, as águas contidas no reator de flotação 29 são filtradas através do filtro por gravidade 33 até o nível de água no reator de flotação 29 ser zero, isto é até se encontrar ao nível da superfície de contato I, por outras palavras, até a face superior da massa filtrante 330.

[105] Na sub-fase seguinte, o filtro por gravidade é arejado em contra- corrente por um a três minutos, com um caudal de 35 Nm3/m2/h a 60 Nm3/m2/h. Esta operação é executada através da introdução de ar neste pelo tubo 39. A massa filtrante é assim destabilizada, provocando a libertação dos flocos que se fixaram neste.

[106] Na sub-fase seguinte, prossegue-se o arejamento do filtro por gravidade 33 e injecta-se água de lavagem no mesmo em contra-corrente, através do tubo 34 a uma velocidade preferencialmente entre 8 m/h e 12 m/h durante cinco a 10 minutos. A massa filtrante 330 é depois colocada em suspensão e os flocos ficam livres para serem descarregados.

[107] Na sub-fase seguinte, pára-se o arejamento do filtro por gravidade 33.

[108] Durante a sub-fase seguinte, a água de lavagem, também designada água de enxaguamento nesta fase, é injetada em contra-corrente a uma velocidade preferencialmente entre 15 e 60 m/h no filtro por gravidade 33, através do tubo 34, durante 5 a 15 minutos. Os flocos contidos no filtro por gravidade 33 podem ser assim descarregados da unidade, fluindo por uma calha fornecida para este fim como elemento de extravasamento 31 do reator de flotação 29.

[109] Em simultâneo, a água de varrimento é dispensada na superfície da superfície de contato I através de um tubo perfurado 36, substancialmente paralelo a esta, por um período preferencialmente entre 5 a 15 minutos, sendo a água de lavagem injetada no filtro por gravidade a uma velocidade preferencialmente entre 8 m/h a 20 m/h.

[110] Assim, é criada uma corrente de varrimento horizontal na superfície dos interstícios I. A velocidade a que as lamas sobem no reator de flotação 29 aumenta desta forma, tornando assim possível evitar ou pelo menos limitar o processo de re-floculação. Note-se que este varrimento é executado sem aumentar de forma apreciável a quantidade de água em relação à quantidade de água de retrolavagem que seria necessária na sua ausência.

[111] O final do ciclo de lavagem é determinado por um sinal temporizado ou pela quantidade de águas que extravasam da unidade de flotação no final da lavagem, verificado por uma medição da turvação. Ou então, é determinado com base no volume total de águas contabilizado durante a lavagem. No final do ciclo de lavagem executa-se um novo ciclo de tratamento. Executa-se assim vários ciclos de tratamento e ciclos de lavagem de forma alternada.

Claims

1. Método de tratamento de águas para as tornar potáveis ou dessalinizadas, compreendendo o referido método pelo menos um ciclo de tratamento das referidas águas que compreende:- uma fase de coagulação, seguida ou não de uma fase de floculação;- uma fase de flotação no interior de um reator de flotação (29) das águas oriundas da referida fase de coagulação, seguida ou não de uma fase de floculação;- uma fase de filtração por gravidade, no interior de um filtro por gravidade (33), das águas oriundas da referida fase de flotação, sendo o referido reator de flotação (29) pelo menos parcialmente sobreposto ao referido filtro por gravidade (33),- e pelo menos um ciclo de lavagem do referido filtro por gravidade, compreendendo uma fase de retrolavagem do referido filtro por gravidade,caracterizado por a referida fase de filtração por gravidade ser executada a uma velocidade de 10 m/h a 30 m/h, possuindo o referido filtro um leito de material filtrante (330) distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m, o referido ciclo de lavagem compreender uma fase de varrimento da superfície de contato I entre o referido reator de flotação (29) e o referido filtro por gravidade (33) com um fluido dispensado através de um sistema de barras de injeção (36) que se prolongam pela superfície da referida superfície de contato I.

2. Método acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, durante a referida fase de varrimento, o referido fluido ser dispensado substancialmente em paralelo à referida superfície de contato I.

3. Método acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por, durante a referida fase de varrimento e a fase de retro-lavagem serem executadas em simultâneo.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por a referida etapa de retro-lavagem compreender uma injeção em contra-corrente de água no referido filtro por gravidade (33) a uma velocidade de 8 a 60 m3/m2/h.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado por o referido ciclo de retro-lavagem compreender as fases sucessivas de injeção em contra-corrente de ar no referido filtro por gravidade (33), injeção em contra-corrente de ar e de água no referido filtro por gravidade (33), injeção em contra-corrente de água no referido filtro por gravidade (33), sendo as referidas fases de varrimento e de injeção de água implementadas em simultâneo.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por o referido ciclo de tratamento compreender pelo menos uma fase de mini-lavagem do referido filtro por gravidade (33).

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a referida etapa de mini-lavagem compreender uma infiltração em contra-corrente de água no referido filtro por gravidade (33).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a duração da referida fase de infiltração ser preferencialmente entre 10 e 30 segundos, sendo a água infiltrada no referido filtro por gravidade (33) a uma velocidade entre 10 e 30 m/h.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 6 a 8, caracterizado por a referida fase de mini-lavagem compreender uma fase de varrimento da superfície de contato I.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 6 a 8, caracterizado por compreender uma fase de medição de um elemento de informação que representa a perda à cabeça através do referido filtro por gravidade (33), sendo a referida fase de mini-lavagem ativada quando o valor medido do referido elemento de informação que representa a perda à cabeça através do referido filtro por gravidade (33) for superior ou igual a um limiar pré- determinado.

11. Unidade de tratamento de águas especialmente adaptada para implementar um método tal como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, que compreende:- meios para entrada de águas destinadas ao tratamento (20);- uma zona de coagulação e possivelmente uma zona de floculação (21), para a qual conduzem os referidos meios para entrada de águas destinadas ao tratamento (20);- um reator de flotação (29) compreendendo uma admissão ligada à descarga (26) da referida zona de coagulação e/ou floculação (21);- um filtro por gravidade (33);- sendo o referido reator de flotação (29) pelo menos parcialmente sobreposto ao referido filtro por gravidade (33) e comunicante com o mesmo de forma que as águas oriundas do referido reator de flotação (29) possam fluir gravitacionalmente para o referido filtro por gravidade (33);caracterizado por o referido filtro possuir um leito de material filtrante distribuído em uma altura entre 1,5 m a 3,0 m,em que dita unidade compreende meios de injeção (35, 36) de um fluido de varrimento na superfície de contato I entre o referido reator de flotação (29) e o referido filtro por gravidade (33), compreendendo o referido meio de injeção um sistema de barras de injeção (36) de um fluido de varrimento que se prolongam pela superfície da referida superfície de contato I.

12. Unidade de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o referido material filtrante ser constituído por uma camada de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuída por uma altura entre 1,5 m e 3,0 m.

13. Unidade de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o referido material filtrante ser constituído por duas camadas, nomeadamente:- uma camada inferior de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuída por uma altura entre 0,75 m e 1,5 m e- uma camada superior de um material com uma dimensão do grão entre 1,2 mm e 2,5 mm, selecionado do grupo constituído por antracite, pedra- pomes, filtralite® e carbono ativado granular, distribuído por uma altura entre 0,75 m e 1,5 m.

14. Unidade de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o referido material filtrante ser constituído por três camadas, nomeadamente:uma camada inferior de um material selecionado de um grupo constituído por dióxido de manganês e granada, com uma dimensão do grão entre 0,2 mm e 2,5 mm, distribuído por uma altura entre 0,3 m e 2 m,uma camada intermédia de areia com uma dimensão do grão entre 0,5 mm e 0,8 mm, distribuído por uma altura entre 0,6 m e 3 m euma camada superior de um material com uma dimensão do grão entre 1,2 mm e 2,5 mm, selecionado do grupo constituído por antracite, pedra- pomes, filtralite® e carbono ativado granular, distribuído por uma altura entre 0,6 m e 3 m.

15. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizada por as referidas barras compreenderem tubos (36) perfurados por orifícios (37).

16. Unidade de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por o diâmetro dos referidos orifícios (37) oscilar entre 30 e 40 milímetros.

17. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizada por a distância entre dois orifícios (37) sucessivos executados em um mesmo tubo perfurado (36) serem preferencialmente de 100 a 150 milímetros.

18. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações de 15 a 17, caracterizada por a distância entre dois tubos perfurados (36) sucessivos ser preferencialmente de 1 a 2 metros.

19. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações de 15 a 18, caracterizada por os eixos dos referidos orifícios (37) se prolongarem essencialmente em paralelo à referida superfície de contato I.

20. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações de 15 a 19, caracterizada por as referidas barras (36) se prologarem no sentido da largura da referida superfície de contato I.