BR112016016770B1

BR112016016770B1 - Processo para o tratamento de um líquido aquoso contendo um poluente orgânico

Info

Publication number: BR112016016770B1
Application number: BR112016016770-8A
Authority: BR
Inventors: Grégoire PROFIT; Alexandre PROFIT
Original assignee: Isb Water
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2022-01-18
Also published as: EP3097055A1; BR112016016770A2; FR3016625A1; CN106414342A; FR3016625B1; US20170008779A1; PT3097055T; EP3097055B1; CN106414342B; WO2015110967A1; ES2738703T3; US10486988B2

Abstract

dispositivo, estação e processo de tratamento de um líquido compreendendo um poluente orgânico. dispositivo de tratamento de um líquido (l) que compreende um poluente orgânico, o dito dispositivo compreendendo: um dispositivo de injeção, no líquido, de microbolhas de um fluído oxigenado contendo um componente oxigenado, o componente oxigenado sendo capaz de reagir com os cátions ferrosos fe2+ para gerar radicais hidroxila oh° e peróxido de hidrogênio h2o2, um gerador de cavitação capaz de gerar, por cavitação, bolhas dentro do dito líquido, uma câmara de implosão das ditas bolhas, um gerador de cátions ferrosos fe2+, a câmara de implosão das bolhas de cavitação sendo disposta em uma região na qual o líquido contém os ditos cátions ferrosos.

Description

Campo técnico

[0001] A invenção se refere a um dispositivo de tratamento de um líquido contendo um poluente orgânico.

Estado da técnica

[0002] Os processos biológicos são amplamente utilizados para tratar os líquidos contendo compostos orgânicos. Contudo, certos compostos orgânicos, chamados “poluentes orgânicos persistentes” (POP), são resistentes à biodecomposição e podem mesmo ser tóxicos para os micro-organismos utilizados e diminuir a eficácia desses processos. Para eliminar esses compostos orgânicos, é possível executar os processos de adsorção ou de oxidação química. Em especial, os “processos de oxidação avançada” (ou POA), descritos por Glaze et al. [Glaze W. H., KangJ. W. Chapin D. H., « The chemistry of water treatment processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation. Ozone Sci. Eng. 9 (1987) 335-352], são os processos de tratamento de água que operam à temperatura e pressão ambientes que conduzem à formação em solução e em quantidade elevada, de oxidantes muito fortes, os radicais hidroxilas (OH°). Os processos POA podem incluir os processos eletroquímicos de produção de OH° à superfície de um ânodo à alta sobretensão de oxigênio sob alta densidade de corrente, por exemplo, os processos de oxidação anódica em presença de H2O2.

[0003] Os radicais hidroxila OH° são vantajosamente fortemente reativos com os compostos orgânicos e então capazes, por oxidação de radicais, de quebrar as moléculas de compostos orgânicos muito estáveis. Para gerar os radicais hidroxila, o processo Fenton em especial consiste em uma decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) pelos cátions ferrosos, seguindo a reação seguinte: H202 + Fe2+ Fe3+ + OH- + OH-

[0004] Este processo requer, para ser eficaz, manutenção de um pH entre 2,0 e 4,0, com um valor ideal de pH de 2,8. Tradicionalmente, um dispositivo de regulagem de pH deve então ser previsto.

[0005] A implementação de tal regulagem do pH é dispendiosa, tecnicamente difícil de realizar, e sempre requer precauções suplementares para proteger o material e o meio ambiente, e garantir a segurança das pessoas.

[0006] Ademais, o processo Fenton implica uma adição de H2O2, o que é dispendioso e complexo.

[0007] Por outro lado, a reação do íon Fe3+ com OH- conduz à produção de lodos formados pelos hidróxidos Fe(OH)3.

[0008] Por outro lado, os cátions ferrosos Fe2+ são tradicionalmente obtidos por adição direta de um sal ferroso, especialmente de FeS04 ou de outros compostos sólidos de óxidos de ferro (II&III), tais como a hematita, a goethita, e a magnetita. Os subsistemas técnicos específicos e complexos devem então ser implementados.

[0009] Finalmente, a eficácia do processo Fenton permanence limitada.

[00010] Logo, há a necessidade de uma nova solução de tratamento que permite resolver, pelo menos parcialmente, um ou vários problemas mencionados acima.

Resumo da invenção

[00011] De acordo com a invenção, alcançamos este objetivo por meio de um dispositivo de tratamento de um líquido que compreende um poluente orgânico, o dito dispositivo compreendendo:

[00012] - um gerador de cavitação capaz de gerar, por cavitação, bolhas dentro do dito líquido,

[00013] - uma câmara de implosão das ditas bolhas,

[00014] - um gerador de cátions ferrosos Fe2+,

[00015] - um dispositivo de injeção, no líquido, de um fluído oxigenado contendo um componente oxigenado, o componente oxigenado sendo capaz de reagir com os cátions ferrosos Fe2+ para gerar os radicais hidroxila.

[00016] De acordo com a invenção, a câmara de implosão das bolhas de cavitação é disposta em uma região na qual o líquido contém os ditos cátions ferrosos.

[00017] Como veremos em detalhes a seguir na descrição, de maneira interessante, tal dispositivo permite, de maneira simples e eficácia, tratar de forma eficaz o líquido com um consumo reduzido de aditivos, sem utilização de aditivos de fato.

[00018] O gerador de cavitação gera bolhas que implodem ao criar um conjunto de reações termodinâmicas e químicas complexas. Em especial, a implosão corresponde a um aumento local considerável da temperatura e das concentrações. Essas condições extremas locais favorecem, de maneira inexplicada, a geração dos radicais hidroxila por reação dos cátions ferrosos Fe2+ e o componente oxigenado.

[00019] Um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção pode ainda compreender uma ou várias das características opcionais seguintes: - o gerador de cavitação é configurado de maneira que mais de 50% em número das bolhas de cavitação geradas apresentam um diâmetro compreendido entre 40 μm e 5 mm, preferencialmente compreendido entre 20 μm e 2 mm; - o gerador de cavitação é escolhido a partir do grupo constituído por um reator passivo (ou seja, a cavitação resulta de uma redução brutal da pressão dentro do líquido por aceleração deste líquido), um gerador de ultrassons e sua combinação; - o gerador de cavitação não compreende um motor. Mais preferencialmente, não compreende uma peça móvel; - a câmara de implosão está disposta preferencialmente a uma distância inferior a 0,5 m, a 0,3 m, a 0,1 m, preferencialmente imediatamente a jusante do gerador de cátions ferrosos Fe2+; preferencialmente, a câmara de implosão das bolhas de cavitação está disposta em uma região na qual os cátions ferrosos são gerados; - preferencialmente, a câmara de implosão está disposta a jusante do gerador de cátions ferrosos Fe2+; - o gerador de cátions ferrosos não requer nenhum fornecimento de energia elétrica para funcionar; - o gerador de cátions ferrosos compreende, preferencialmente é constituído, por uma pilha do tipo “Daniell” entre o ferro e um primeiro primeiro material condutor elétrico apresentando um potencial de eletrodos superior ao ferro; - o primeiro primeiro material condutor elétrico é escolhido no grupo constituído pelo graphite, o grafeno, os aços inoxidáveis, as ligas de níquel, a prata, a platina, o ouro; - preferencialmente, o primeiro material condutor elétrico é o graphite, o grafeno, um aço inoxidável ou uma liga à base de níquel, em especial uma hastelloy ou uma inconel; - o par galvânico é obtido entre duas massas de ferro e do dito primeiro material condutor elétrico, respectivamente, conectadas eletricamente entre si por contato e pelo intermediário do dito líquido a ser tratado (constituindo um eletrólito); as massas são preferencialmente monounidades, ou seja, não são em pó; - o gerador de cátions ferrosos está disposto, preferencialmente a jusante, a uma distância inferior a 2 metros, preferencialmente inferior a 1 metro, preferencialmente inferior a 0,5 metro, preferencialmente inferior a 0,3 metro, preferencialmente inferior a 0,1 metro do gerador de cavitação, de fato em contato com o gerador de cavitação; - o fluído oxigenado é ar e/ou peróxido de hidrogênio e/ou ozônio; - o fluído oxigenado é preferencialmente um gás, e/ou uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio; - a câmara de implosão das bolhas de cavitação está disposta em uma região na qual o líquido contém o dito componente oxigenado; - o dispositivo de injeção está disposto a montante do gerador de cavitação e/ou do gerador de cátions ferrosos Fe2+; - o dispositivo de injeção está disposto preferencialmente a uma distância inferior à 0,5 m, inferior a 0,3 m, inferior a 0,1 m, do gerador de cavitação e/ou do gerador de cátions ferrosos Fe2+; - o dispositivo de injeção é preferencialmente um microborbulhador capaz de introduzir no líquido as microbolhas do fluído oxigenado apresentando um diâmetro inferior a 100 μm, preferencialmente inferior a 75 μm, e preferencialmente superior a 25 μm, preferencialmente superior a 50 μm; - o microborbulhador compreende uma unidade porosa e um injetor adaptado para injetar o dito fluído oxigenado, através da unidade porosa, no líquido; - a unidade porosa é um material sinterizado, preferencialmente de liga de cobre, ou de aço inoxidável, por exemplo, em PSS™ da empresa Pall Corporation; - a taxa de injeção das microbolhas geradas pelo microborbulhador é superior a 0,01% e/ou inferior a 1%, inferior a 0,5 %, inferior a 0,1% (V/V) em relação à taxa de líquido a ser tratado; - o gerador de cavitação e/ou a câmara de implosão e/ou o gerador de cátions ferrosos são incorporados em um reator hidrodinâmico; - preferencialmente, o reator hidrodinâmico compreende os primeiros canais, preferencialmente delimitados interiormente por um material dielétrico, mais preferencialmente providos em uma unidade do dito material dielétrico, que surgem a jusante em uma câmara intermediária, a passagem do líquido nos primeiros canais provocando sua aceleração e a geração das ditas bolhas, a dita câmara intermediária constituindo a dita câmara de implosão; - preferencialmente, e em especial se a câmara intermediária não for delimitada interiormente pelo ferro, o reator hidrodinâmico compreende, preferencialmente a montante dos primeiros canais, os segundos canais delimitados interiormente pelo ferro; - preferencialmente, o reator hidrodinâmico compreende um alojamento constituído, pelo menos em parte do dito primeiro material condutor elétrico, de maneira a constituir um par galvânico com o ferro; - os primeiros canais e/ou os segundos canais apresentam uma seção longitudinal convergente, depois divergente; - o reator hidrodinâmico compreende um, preferencialmente dois, de fato mais de dois módulos de reação “aperfeiçoados”, cada módulo de reação aperfeiçoado sendo constituído, de a montante à jusante, por uma câmara a montante opcional, uma segunda unidade compreendendo uma pluralidade de segundos canais delimitados interiormente, pelo menos parcialmente, preferencialmente totalmente, pelo ferro, preferencialmente uma câmara intermediária, uma primeira unidade que compreende uma pluralidade de primeiros canais, a passagem do líquido nos primeiros canais provocando sua aceleração e a geração de bolhas de cavitação, e uma câmara a jusante, a passagem do líquido na câmara a jusante provocando sua desaceleração e a implosão das bolhas de cavitação; - a passagem do líquido nos ditos segundos canais provoca a aceleração do líquido e a geração de bolhas de cavitação e, preferencialmente, os segundos canais de um módulo de reação aperfeiçoado que surgem em uma câmara intermediária capaz de provocar a implosão das bolhas de cavitação geradas nos ditos segundos canais; - preferencialmente, o reator hidrodinâmico compreende vários módulos de reação aperfeiçoados sucessivos de forma que os primeiros canais de um primeiro módulo de reação aperfeiçoado que surgem em uma câmara a jusante constituindo a câmara a montante de um segundo módulo de reação aperfeiçoado imediatamente a jusante do primeiro módulo de reação aperfeiçoado; - em uma modalidade, o reator hidrodinâmico compreende um, preferencialmente dois, de fato mais de dois módulos de reação “simplificados”, cada módulo de reação simplificado sendo constituído de a montante à jusante, por uma unidade que compreende canais pelo menos parcialmente, preferencialmente totalmente, delimitados pelo ferro e modelados para provocar a geração de bolhas de cavitação, e uma câmara de implosão disposta a jusante dos ditos canais e modelada para provocar uma implosão das bolhas de cavitação; - o alojamento delimita pelo menos parcialmente uma câmara intermediária e/ou contém um, preferencialmente todos os módulos de reação, eventualmente simplificados; - o dispositivo de tratamento compreende uma bomba de circulação que conduz o líquido pelo microborbulhador e o(s) módulo(s) de reação, eventualmente simplificados; - o microborbulhador é disposto a jusante da bomba de circulação, a uma distância da bomba preferencialmente inferior a 1 metro, preferencialmente inferior a 0,5 metro, preferencialmente inferior a 0,3 metro, preferencialmente inferior a 0,1 metro.

[00020] A invenção se refere igualmente uma estação de tratamento de um líquido contendo um poluente orgânico, a dita estação compreendendo um circuito no qual são inseridos um compartimento- destino e um dispositivo de tratamento do dito líquido que sai do dito compartimento-destino, o dispositivo de tratamento sendo conforme a invenção.

[00021] Uma estação de tratamento de acordo com a invenção pode ainda compreender uma ou várias características opcionais seguintes: - O poluente orgânico é escolhido no grupo formado pelos compostos orgânicos voláteis, semi-voláteis, os PCB, os pesticidas, os herbicidas, as dioxinas, os furanos, os produtos explosivos e seus produtos de decomposição, os produtos do tipo humic, os corantes; - O líquido a ser tratado é derivado da produção de petróleo ou de gás, da extração mineral, do fraturamento hidráulico, de uma medição ou de um tratamento de água, potável ou não; - O líquido a ser tratado apresenta uma demanda química de oxigênio (DCO) superior a 100 mg/l, superior a 1000 mg/l, superior a 5000 mg/l, superior a 50 000 mg/l, superior a 100 000 mg/l, de fato superior a 300 000 mg/l; - Para que o líquido a ser tratado possa servir de eletrólito entre o primeiro material condutor elétrico e o ferro, a condutividade elétrica do líquido a ser tratado é preferencialmente superior a 300 μS/cm, superior a 700 μS/cm, superior a 1 mS/cm, superior a 100 mS/cm, de fato superior a 300 mS/cm. - O compartimento-destino é escolhido no grupo formado por um reservatório e uma bacia; - Em uma modalidade, o líquido circula em circuito fechado pela estação.

[00022] A invenção se refere finalmente a um processo de tratamento de um líquido contendo um poluente orgânico, o dito processo compreendendo uma etapa que consiste no tratamento do dito líquido em uma estação de tratamento de acordo com a invenção ao fazê-lo circular no dito dispositivo de tratamento nas condições termodinâmicas adaptadas para gerar a cavitação e os cátions ferrosos no dito dispositivo de tratamento.

Definições

[00023] Os “componentes oxigenados” são os componentes contendo oxigênio e capazes de reagir com os cátions ferrosos para formar os radicais hidroxila.

[00024] Por “poluente orgânico”, entendemos um composto em que a molécula compreende pelo menos um átomo de carbono e um átomo de hidrogênio, e que podem ser decompostos sob a ação dos radicais hidroxila.

[00025] Salvo indicação ao contrário, o ferro é sensivelmente puro.

[00026] As posições “a montante” e “a jusante” são determinadas em relação à direção de fluxo do líquido durante seu tratamento.

[00027] Chamamos “diâmetro equivalente” de uma seção de area A ao diâmetro de uma seção circular de área idêntica A. Para uma seção circular, o diâmetro equivalente é, logo, igual ao diâmetro.

[00028] Chamamos “plano transversal” a um plano perpendicular à direção principal de fluxo do líquido.

[00029] Por “compreendendo um” ou “incluindo um”, é necessário compreender “compreendendo pelo menos um”, salvo indicação ao contrário.

[00030] As expressões “em especial” ou “especialmente” são sinônimos e não são limitativas.

Breve descrição das figuras

[00031] Outras características e vantagens da invenção aparecerão ainda na leitura da descrição detalhada a seguir e na análise dos desenhos anexados, fornecidos com fins ilustrativos e não limitativos. Nestes desenhos, - a figura 1 representa esquematicamente um exemplo de estação de tratamento de acordo com a invenção; - as figuras 2a e 2b, 4 e 5 representam em corte longitudinal os exemplos de reatores hidrodinâmicos podendo ser utilizados em um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção; e - a figura 3 representa um microborbulhador podendo ser implementado em um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção.

[00032] Nas diferentes figuras, os corpos idênticos ou análogos foram identificados com as mesmas referências.

Descrição detalhada

[00033] A figura 1 representa uma estação 10 de acordo com a invenção compreendendo um circuito 12 fechado no qual circula um líquido L. O líquido L, preferencialmente aquoso, é carregado de um poluente orgânico para decompor. O poluente orgânico pode, em especial, ser escolhido no grupo constituído pelos acetilenos, os álcoois, os aldeídos, os alcanos, os compostos aromáticos, os ácidos carboxílicos, os alcenos, em especial os alcenos clorados, as cetonas, os compostos orgânicos de nitrogênio, as olefinas, os fenóis, os compostos orgânicos de enxofre e suas misturas. O líquido pode conter, igualmente, produtos medicinais. Um compartimento-destino 16, no caso, uma bacia ou um reservatório de água poluída, e um dispositivo de tratamento 20 de acordo com a invenção são inseridos em um duto 22 do circuito 12.

[00034] O circuito 12 pode ser aberto, semiaberto ou fechado, como representado, com ou sem contato do líquido, com ou sem contato do líquido com a atmosfera.

[00035] O compartimento-destino não é limitado. O compartimento-destino pode estar, especialmente, em um edifício industrial, residencial ou comercial, por exemplo, um hospital, uma escola ou uma estação de depuração.

[00036] O dispositivo de tratamento 20 compreende, de a montante à jusante, uma bomba 23, um microborbulhador 25, um reator hidrodinâmico 30, e um filtro 32.

[00037] A bomba 23 é inserida a montante ou a jusante do reator hidrodinâmico 30, preferencialmente a montante. Ela permite colocar o líquido L em circulação.

[00038] A figura 2a representa esquematicamente um exemplo de reator hidrodinâmico 30 servindo de gerador de cavitação e de gerador de cátions ferrosos.

[00039] Diferente dos reatores “sonoquímicos”, e em especial ultrassônicos, um gerador de cavitação hidrodinâmico é eficaz não somente para os pequenos volumes de líquido tratados em laboratório, mas também para os volumes elevados, como aqueles encontrados na indústria. Por outro lado, o dispositivo de tratamento pode funcionar, vantajosamente, com um fornecimento de energia muito baixo.

[00040] Ademais, vantajosamente, a cavitação hidrodinâmica pode ser produzida muito simplesmente, pela passagem de um líquido através de um estrangulamento tal que uma placa perfurada, um Venturi, um orifício ou uma simples válvula de estrangulamento.

[00041] O estrangulamento pode ser igualmente periférico ao duto no qual o líquido circula, como nas modalidades descritas em EP 0983116. Um estrangulamento periférico pode ser igualmente obtido por meio de uma esfera disposta de acordo com o eixo do duto no qual o líquido circula.

[00042] O reator hidrodinâmico representado, de eixo longitudinal X, compreende um alojamento 111 provido de uma entrada 112 e de uma saída 114. Preferencialmente, compreende conectores que permitem a conexão da entrada e/ou da saída a uma tubulação, por exemplo, um flange provido com furos para parafusos capaz de cooperar com um flange correspondente da dita tubulação, ou uma peça macho ou fêmea a aparafusar em uma peça fêmea ou macho, respectivamente, da dita tubulação.

[00043] O alojamento 111 contém um primeiro módulo de reação compreendendo sucessivamente, de a montante à jusante, uma primeira unidade 116, preferencialmente em um material dielétrico, uma câmara intermediária 124 e uma segunda unidade 118 compreendendo, preferencialmente constituída por um ânodo de ferro.

[00044] Preferencialmente, o alojamento 111 está em um primeiro material condutor elétrico, preferencialmente de inox, e está isolado eletricamente da segunda unidade 118, por exemplo, por meio de uma vedação elastomérica 119.

[00045] As primeira e segunda unidades são furadas longitudinalmente aos primeiros e segundos canais, referências 120 e 122, respectivamente.

[00046] Os primeiros canais são preferencialmente paralelos entre si, ao eixo X. Eles podem ser retilíneos ou não. O número de primeiros canais é preferencialmente superior a 3, superior a 5, superior a 10, superior a 20, superior a 30 e/ou inferior a 200, inferior a 150, inferior a 100, inferior a 80, preferencialmente inferior a 60. A seção transversal dos canais pode ser qualquer uma, por exemplo, circular. Em uma modalidade, os primeiros canais apresentam uma seção transversal sensivelmente constante em todo seu comprimento.

[00047] O diâmetro interno equivalente dos primeiros canais é preferencialmente superior a 2 mm, superior a 10 mm, de fato superior a 15 mm ou superior a 20 mm e/ou inferior a 50 mm, inferior a 40 mm, inferior a 35 mm. Um diâmetro interno equivalente de cerca de 30 mm é adequadamente adaptado.

[00048] O comprimento dos primeiros canais é preferencialmente superior a 20 mm, superior a 30 mm e/ou inferior a 50 mm, preferencialmente inferior a 40 mm.

[00049] O material dielétrico é preferencialmente um plástico, por exemplo, politetrafluoretileno (PTFE), nylon, polipropileno, policloreto de vinila (PVC) ou uma mistura destes. Outros materiais dielétricos, por exemplo, cerâmicas, podem ser igualmente utilizados. Preferencialmente, esses materiais são escolhidos para gerar, pela circulação do líquido, uma carga elétrica estática por triboeletrização.

[00050] O PTFE é o material dielétrico preferencial. Na verdade, este material dielétrico evita a adesão da matéria sólida do líquido à superfície do material dielétrico.

[00051] Os segundos canais podem ser em linha reta ou não. Em especial, eles podem se estender seguindo o eixo longitudinal do dispositivo. O número de segundos canais é preferencialmente superior a 2, superior a 3, superior a 5, superior a 10, superior a 20, superior a 30 e/ou inferior a 100, inferior a 80, inferior a 60. A seção transversal dos segundos canais pode ser qualquer uma, por exemplo, circular. Em uma modalidade, os segundos canais apresentam uma seção transversal sensivelmente constante em todo seu comprimento.

[00052] O diâmetro interno equivalente dos segundos canais é preferencialmente superior a 2 mm, superior a 4 mm, de fato superior a 5 mm e/ou inferior a 15 mm, inferior a 13 mm, inferior a 10 mm, inferior a 8 mm, de fato inferior a 7 mm.

[00053] Em uma modalidade, o diâmetro interno equivalente dos segundos canais é superior, de fato 1,1, 1,5, 2 ou 3 vezes superior àquele dos primeiros canais.

[00054] O comprimento dos segundos canais é preferencialmente superior a 20 mm, superior a 30 mm e/ou inferior a 50 mm, inferior a 40 mm.

[00055] Os segundos canais são delimitados por uma parede interna de ferro, disposta ao longo do trajeto do líquido de maneira a criar, por efeito galvânico, por exemplo, com o primeiro material condutor elétrico do alojamento, os fenômenos de oxidorredução que permitem a geração de cátions ferrosos permitindo, por reação com os componentes oxigenados presentes no líquido, gerar os radicais hidroxila. O versado na técnica sabe determinar os pares de materiais que permitem obter tal efeito galvânico.

[00056] Mais preferencialmente, a segunda unidade é constituída do dito ferro. Preferencialmente, constitui um ânodo sacrificial que pode ser, preferencialmente, substituído.

[00057] Os primeiros canais surgem a montante, em direção à entrada 112, na câmara a montante 123, pelas aberturas “a montante” 120I e opcionalmente, a jusante, em uma câmara intermediária 124, preferencialmente cilíndrica, pelas aberturas “a jusante” 1202.

[00058] A câmara a montante e/ou a câmara intermediária são preferencialmente comuns a vários primeiros canais, de fato comuns ao conjunto dos primeiros canais.

[00059] Preferencialmente, os primeiros canais não surgem com referência aos segundos canais, o que impede o líquido saindo de um primeiro canal e que atravessou a câmara intermediária de entrar em um segundo canal seguindo um caminho em linha reta.

[00060] Os segundos canais 122 (preferencialmente todos os segundos canais) surgem a montante na câmara intermediária 124, pelas aberturas “a montante” 122I, e em direção a jusante, em direção à saída 114, em uma câmara a jusante 125 pelas aberturas “a jusante” 1222.

[00061] Preferencialmente, a câmara a montante e/ou a câmara intermediária e/ou a câmara a jusante não são delimitadas pelo ferro capaz de criar, por efeito galvânico, por exemplo, com o primeiro material condutor elétrico do alojamento, fenômenos de oxidorredução. Um ou vários entre eles pode(m) ser delimitado(s), em especial, pelo alojamento.

[00062] O diâmetro da câmara a montante 123 e/ou da câmara intermediária 124 e/ou da câmara a jusante pode ser, por exemplo, de 270 mm.

[00063] Preferencialmente, o comprimento da câmara a montante e/ou da câmara intermediária e/ou da câmara a jusante, medido de acordo com o sentido de fluxo, e no sistema de coordenadas reduzidas de EULER, é superior a 0,5*LI e/ou inferior a 2*0,5*LI, LI sendo o comprimento dos ditos canais a jusante da câmara considerada.

[00064] Preferencialmente, a câmara a montante e/ou a câmara intermediária e/ou a câmara a jusante apresentam um volume superior a 0,0001 dm3, superior a 0,001 dm3, superior a 0,01 dm3, superior a 0,1 dm3 e/ou inferior a 20 dm3, inferior a 10 dm3, inferior a 1 dm3.

[00065] A relação S/∑ pode ser superior a 2, superior a 5, superior a 10, superior a 20, superior a 50, superior a 100, de fato superior a 200 e/ou inferior a 1000, inferior a 500, inferior a 400, de fato inferior a 300, - S designa a seção da câmara considerada (a câmara intermediária ou câmara a jusante), medida em um plano transversal imediatamente a jusante da região na qual os canais a montante da dita câmara surgem na dita câmara; - ∑ designa a soma das seções transversais dos ditos canais medidos em um plano transversal imediatamente a montante da região em que elas surgem na dita câmara.

[00066] Uma relação de S/∑ elevado permite, vantajosamente, a criação de uma contrapressão significativa à embocadura dos ditos canais, muito eficaz para remover as bolhas de cavitação geradas nos ditos canais.

[00067] Para calcular a relação S/∑, leva-se em consideração todos os canais que surgem na dita câmara, a montante da dita câmara.

[00068] A relação S’/∑’, - S' designa a seção da câmara considerada (câmara a montante ou câmara intermediária), medida em um plano transversal PS' imediatamente a montante das aberturas “a montante” dos canais que surgem na dita câmara, a montante da dita câmara; - ∑' designa a soma das seções transversais dos ditos canais medidos em um plano transversal P∑' imediatamente a jusante destas aberturas “a montante”,

[00069] é preferencialmente superior a 2, superior a 5, superior a 10, superior a 20, superior a 50, superior a 100, de fato superior a 200 e/ou inferior a 1000, inferior a 500, inferior a 400, de fato inferior a 300.

[00070] Uma relação de S'/∑' elevada permite, vantajosamente, uma aceleração brutal do líquido nos ditos canais, o que é muito eficaz para gerar a cavitação.

[00071] A câmara intermediária 124 sendo de seção transversal constante, S'=S.

[00072] Para calcular a relação S'/∑', leva-se em consideração todos os canais referidos.

[00073] Se o reator hidrodinâmico compreende vários módulos de reação, todas as câmaras do reator hidrodinâmico podem apresentar uma relação S/∑ e/ou S'/∑' sensivelmente idêntica.

[00074] O reator hidrodinâmico constitui um gerador de cavitação porque permite uma redução da seção de passagem do líquido capaz de produzir uma forte turbulência e uma queda muito brutal da pressão no líquido e assim criar, por cavitação, bolhas, em especial pelo aumento do diâmetro das microbolhas injetadas, mas também, preferencialmente, novas bolhas. Para criar a cavitação, os reatores hidrodinâmicos descritos na patente EP-B2-680 457, em WO 2011 033476, em EP 0983116 ou no pedido de patente francês depositado com o numéro 13 50513, podem ser contemplados. Todos esses documentos são incorporados por referência.

[00075] O reator hidrodinâmico constitui igualmente um gerador de cátions ferrosos e de radicais hidroxila porque, graças a seu ânodo de ferro, pode gerar cátions ferrosos capazes de reagir com um componente oxigenado para criar os radicais hidroxila.

[00076] O dispositivo de tratamento compreende igualmente um dispositivo de injeção, no líquido L, de um fluído oxigenado destinado a reagir com os cátions ferrosos para gerar os radicais hidroxila.

[00077] O fluído oxigenado é preferencialmente ar e/ou oxigênio e/ou ozônio, e/ou uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio.

[00078] Preferencialmente, o líquido é acelerado a montante da injeção, por exemplo, por meio de um diafragma 156, a redução da seção de passagem estando adaptada para garantir, por efeito Venturi, uma taxa de injeção adaptada.

[00079] Preferencialmente, o dispositivo de injeção está disposto a jusante da bomba 23, a uma distância do reator hidrodinâmico preferencialmente inferior a 1 metro, preferencialmente inferior a 0,5 metro, preferencialmente inferior a 0,3 metro, preferencialmente inferior a 0,1 metro. Preferencialmente, está disposto imediatamente a montante do reator hidrodinâmico.

[00080] O dispositivo de injeção pode, especialmente, assumir a forma de um microborbulhador 25, preferencialmente disposto a montante do reator hidrodinâmico. O microborbulhador 25 pode ser integrado no alojamento 11 ou não.

[00081] Como representado na figura 3, o microborbulhador pode compreender uma unidade porosa 152, por exemplo, sinterizada, por exemplo, em liga de cobre ou em aço inoxidável e um injetor 154, a unidade porosa estando em contato com o líquido L e o injetor 152 sendo organizado para autorizar uma injeção de um gás oxigenado O no circuito 12. A porosidade é preferencialmente determinada para dimensionar as microbolhas M injetadas para que elas apresentem um diâmetro inferior a 100 μm, preferencialmente inferior a 75 μm e/ou preferencialmente superior a 25 μm, preferencialmente superior a 50 μm.

[00082] Um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção pode ainda compreender os meios para separar as partículas em suspensão, por exemplo, os meios de decantação ou um filtro 32, preferencialmente dispostos a jusante do reator hidrodinâmico. A filtração permite eliminar os produtos derivados de mineralização e/ou da oxidação avançada. Ela melhora a qualidade dos líquidos, e assim protege os equipamentos e limita os riscos de dimensionamento, moldagem por lodo e de corrosão, assim como a bio-proliferação dos micro-organismos como as algas ou as bactérias.

[00083] O filtro pode ser escolhido, em especial, no grupo formado por um filtro de escova, um filtro de discos, um filtro de meio granular, uma membrana de ultrafiltração, uma membrana de nanofiltração, especialmente sozinha ou a jusante de uma membrana de ultrafiltração, um filtro de cartucho, um filtro de bolso, um filtro purificador e uma membrana por osmose inversa.

Funcionamento

[00084] O funcionamento da estação descrita acima é o seguinte:

[00085] O líquido L é conduzido pela bomba 23 no circuito 12.

[00086] Na saída da bomba, é carregado com microbolhas de fluído oxigenado pelo microborbulhador 25. Em uma modalidade, somente o ar é injetado pelo microborbulhador 25. Vantajosamente, a injeção de fluído oxigenado aumenta consideravelmente a geração de radicais hidroxila.

[00087] O líquido L penetra no alojamento 11 no qual seu fluxo é modificado a fim de criar um fluxo turbulento capaz de criar localmente a cavitação.

[00088] Mais precisamente, o líquido a ser tratado penetra no alojamento 11 pela entrada 112 (seta F representada na figura 2a) e a câmara a montante 123.

[00089] O líquido transita, então, pelos primeiros canais 120 providos na primeira unidade 116.

[00090] A entrada nos primeiros canais é acompanhada de uma aceleração brutal do líquido e de uma diminuição da pressão que conduzem à aparição de cavitação. As condições operacionais (taxa, pressão) são determinadas para que o abrandamento provoque a cavitação. Com um reator hidrodinâmico IONSCALE BUSTER®, a velocidade do líquido na entrada do reator hidrodinâmico (na câmara a montante 123) é preferencialmente superior a 2 m/s e/ou inferior a 15/ms, inferior a 12 m/s, inferior a 10 m/s, inferior a 8 m/s, de fato inferior a 6 m/s, de fato inferior a 4 m/s, e a pressão na entrada do reator hidrodinâmico é preferencialmente superior a 1 bar e/ou inferior a 20 bar, inferior a 10 bar, de fato inferior a 5 bar.

[00091] O livro "CAVITATION AND BUBBLE DYNAMICS" de Christopher Earls Brennen nas edições Oxford University Press, 1995 descreve as condições que permitem obter a cavitação hidrodinâmica. A cavitação depende de inúmeros fatores, cujos principais são: - a tensão do(s) gás(es) dissolvido(s) no líquido; - a natureza e as características físico-químicas do(s) gás(es) presente(s) no líquido; - a temperatura do líquido; - a pressão do líquido; - a geometria do reator hidrodinâmico; - a taxa ou a velocidade de passagem do líquido.

[00092] A cavitação conduz à formação de bolhas de cavitação,cheias de gás, ao interior do líquido e/ou sobre a camada no limite das paredes do reator hidrodinâmico.

[00093] Preferencialmente, o gerador de cavitação é configurado para gerar as bolhas apresentando, para mais de 50% em número, um diâmetro compreendido entre 25 μm et 2 mm.

[00094] Vantajosamente, as condições mecânicas e termodinâmicas locais muito intensas geradas pela cavitação conduzem igualmente a uma destruição de certos micro-organismos, patógenos ou não, que poderiam estar presentes dentro do líquido.

[00095] Nos primeiros canais, o líquido fricciona o material dielétrico. A fricção do líquido sobre o material dielétrico provoca a acumulação de cargas eletrostáticas à superfície do dito material dielétrico, gerando assim um campo eletrostático local capaz de favorecer as seguintes reações: - precipitação físico-química de certos íons tais como certos óxidos metálicos, os carbonatos, os sulfatos, ou os fosfatos; - coagulação de certas partículas coloidais.

[00096] Graças à presença do efeito eletrostático gerado pelo material dielétrico e à coagulação das partículas coloidais que dela resultam, o tamanho dos aglomerados de partículas coloidais pode alcançar um tamanho suficiente para que eles sejam retidos eficazmente e economicamente em um filtro.

[00097] O fluído bifásico surge então na câmara intermediária 124, que constitui uma câmara de implosão. De fato, a entrada na câmara intermediária 124 conduz a uma diminuição da velocidade, a um aumento brutal da pressão, e a uma condensação ao interior das bolhas de cavitação, o que provoca a implosão de uma maioria das bolhas de cavitação.

[00098] Essas implosões muito bruscas têm como resultado a formação de ondas de choque que geram, por sua vez, fenômenos físico- químicos ou termodinâmicos e mecânicos, como a ruptura de toda matéria que se encontra perto das bolhas que implodem.

[00099] Assim, no decorrer do deslocamento das bolhas de cavitação, pressões muito altas e temperaturas locais muito elevadas são alcançadas: A temperatura dentro das bolhas pode, assim, alcançar valores de ordem de 5000 °C e a pressão alcança valores de ordem de 500 kg/cm2 (K.S. Suslick, Science, Vol. 247, 23 Mars 1990, p.1439-1445).

[000100] Ademais, um processo de emulsificação, homogeneização e de dispersão pode ser obtido graças à energia cinética gerada pelas implosões das bolhas de cavitação.

[000101] Essas condições de temperatura e de pressão ativam, no interior de uma bolha ou no líquido adjacente à dita bolha, as reações físico-químicas e termodinâmicas, em especial a produção de radicais hidroxila e a precipitação de sais inorgânicos, e em especial os carbonatos, sulfatos e fosfatos.

[000102] As condições hidrodinâmicas predominantes na câmara intermediária 124 contribuem igualmente à coagulação garantindo alta agitação do líquido. É então particularmente vantajoso que a câmara intermediária seja a jusante do material dielétrico, que inicia a coagulação.

[000103] A câmara intermediária 124 separa as aberturas “a jusante” dos primeiros canais das aberturas “a montante” dos segundos canais.

[000104] O líquido saindo da câmara intermediária 124 penetra assim nos segundos canais 122 da segunda unidade 118. Preferencialmente, os segundos canais não são, contudo, alinhados axialmente com os primeiros canais a fim de favorecer a turbulência e a precipitação posterior.

[000105] A penetração do líquido nos segundos canais 122 conduz a uma aceleração brutal de sua velocidade. A região de transição entre a câmara intermediária 124 e os segundos canais 122 constitui, então, uma região de aceleração de fluxo, e preferencialmente de aparição de cavitação.

[000106] O efeito de “pilha” tipo “Daniell” gerado pelo par eletro- galvânico Ferro-graphite ou Ferro-aço inoxidável provoca uma liberação de cátions ferrosos Fe2+ dentro do líquido, do fato de a reação eletrolítica que se estabelece espontaneamente entre o ânodo de ferro e os metais menos redutores da estação, na ocorrência do graphite, do grafeno, ou do aço inoxidável constituindo o alojamento.

[000107] De maneira interessantemente igual, as condições criadas pela implosão das bolhas de cavitação aumentam a geração de radicais hidroxila, ou seja, a eficácia da reação de cátions ferrosos com o componente oxigenado. É, então, vantajoso que a implosão das bolhas de cavitação seja efetuada em uma região na qual os cátions ferrosos reajam com o componente oxigenado.

[000108] Os inventores verificaram que as implosões na câmara intermediária têm um efeito na geração de radicais hidroxila, embora a câmara intermediária seja a montante dos segundos canais nos quais os cátions ferrosos são gerados.

[000109] A eficácia do dispositivo de tratamento permite, assim, obter as reações do tipo Fenton com uma adição limitada de peróxido de hidrogênio, de fato sem adição de peróxido de hidrogênio, geralmente considerado como prejudicial para a saúde e o meio ambiente.

[000110] Por outro lado, os cátions ferrosos podem ser vantajosamente gerados sem fornecimento de energia elétrica. Em uma modalidade, o dispositivo compreende, contudo, um gerador elétrico capaz de adicionar os cátions ferrosos no líquido. A eficácia do tratamento é aprimorada.

[000111] Os radicais hidroxila, muito reativos, reagem, então, com as moléculas dos compostos orgânicos para dissociá-las, e assim reduzir a poluição.

[000112] Em uma modalidade, uma estação de acordo com a invenção compreende, a jusante, a montante ou derivado do dispositivo de tratamento de acordo com a invenção, uma unidade de tratamento biológico a fim de reduzir ainda mais a poluição.

[000113] Na saída da segunda unidade 118, o líquido penetra na câmara a jusante 125, o que permite novamente fazer as bolhas de cavitação implodirem.

[000114] Após ter saído do reator hidrodinâmico, o líquido atravessa o filtro 32, o que permite reter, pelo menos em parte, as partículas mineralizadas pela oxidação avançada realizada no reator hidrodinâmico e outros poluentes particulares que poderiam ser prejudiciais para a estação. O líquido continua, então, seu trajeto em direção ao compartimento-destino 16.

[000115] O dispositivo de tratamento representado na figura 2a é adequadamente adaptado enquanto o líquido a ser tratado pode atravessá- lo várias vezes. O líquido recebido nos primeiros canais é, então, vantajosamente carregado de cátions ferrosos.

[000116] O dispositivo de tratamento representado na figura 2b é um módulo de tratamento aperfeiçoado que é uma variante do dispositivo de tratamento representada na figura 2a na qual as primeira e segunda unidades são invertidas. Essa modalidade é preferencial porque desde a primeira passagem do líquido, o líquido recebido na primeira unidade para ser submetidoà cavitação já está carregado nos cátions ferrosos.

[000117] O dispositivo de tratamento de acordo com a invenção pode ser utilizado em todas as aplicações nas quais um líquido compreende um poluente orgânico, e em especial nas aplicações supramencionadas ou descritas nas patentes e pedidos de patente supramencionados.

[000118] Como isso aparece claramente atualmente, a invenção provê uma solução de tratamento limitando os recursos aos aditivos químicos, e em especial o peróxido de hidrogênio, o sulfato de ferro e/ou a limalha de ferro tradicionalmente introduzidos nos processos Fenton.

[000119] Essa solução é aplicável em uma ampla variedade de pH do líquido a ser tratado e se mostrou particularmente eficaz.

[000120] Em especial, o alojamento 111 poderia conter vários módulos de reação aperfeiçoados, a câmara a jusante de um primeiro módulo de reação aperfeiçoado correspondente à câmara a montante de um segundo módulo de reação aperfeiçoado, disposta imediatamente a jusante do primeiro módulo de reação aperfeiçoado.

[000121] A figura 4 representa uma modalidade particularmente vantajosa. Seguindo essa modalidade, o alojamento 111 compreende um módulo de reação aperfeiçoado 1 15 compreendendo uma segundaunidade 118 e, a jusante da segunda unidade 118, uma primeira unidade 116', preferencialmente sensivelmente idêntica à primeira unidade 116. A câmara intermediária 124 serve de câmara a montante para a primeira unidade 116'. A jusante da primeira unidade 116', o reator hidrodinâmico compreende uma câmara a jusante 114'.

[000122] Nesta modalidade, os primeiros canais e os segundos canais apresentam uma seção longitudinal convergente, depois divergente, particularmente eficaz.

[000123] Essa modalidade ilustra igualmente que o número de segundas unidades pode ser diferente do número de primeiras unidades.

[000124] A figura 5 ilustra uma outra variante de um reator hidrodinâmico de acordo com a invenção. Esse reator compreende três módulos de reação simplificados, cada módulo de reação simplificado compreendendo uma segunda unidade de ferro, referências 118, 118' e 118", os segundos canais sendo modelados para criar a cavitação, e uma câmara intermediária referenciada 124, 124' e 124", respectivamente,constituam uma câmara de implosão das bolhas de cavitação criadas nos ditos segundos canais.

[000125] Naturalmente, a presente invenção não é, contudo, limitada às modalidades descritas e representadas.

[000126] Em especial, o líquido tratado pode compreender várias fases líquidas, de fato compreender as partículas sólidas em suspensão.

[000127] Por outro lado, o número ou a forma dos primeiros canais podem ser diferentes daqueles dos segundos canais, o número das primeiras unidades pode ser idêntico ou diferente do número das segundas unidades e o número e a forma das câmaras podem ser diversos.

[000128] Os segundos canais podem constituir as câmaras de implosão. Em uma modalidade, o líquido saindo dos primeiros canais entra diretamente nos segundos canais, sem transitar por uma câmara intermediária. Contudo, a presença da câmara intermediária é preferencial porque ela favorece a implosão das bolhas de cavitação.

[000129] Preferencialmente, a entrada nos segundos canais conduz a uma descompressão (resultando da redução da seção de passagem). Preferencialmente, essa descompressão basta à produção das bolhas de cavitação, vantajosamente no local onde os cátions ferrosos são gerados.

[000130] Os primeiros canais não estão necessariamente em um material dielétrico. Em uma modalidade, os primeiros canais são delimitados interiormente, pelo menos parcialmente, preferencialmente totalmente, pelo ferro.

Novos desenvolvimentos

[000131] Um exemplo de utilização da cavitação hidrodinâmica é apresentado no trabalho de: Pandit A.B., Moholkar V.S., que apareceu nas páginas de “Chemical Engineering Progress”, julho de 1996, p. 57-69. Os inventores, contudo, verificaram que os regimes de cavitação hidrodinâmica não são ideais. Em especial, a intensidade das reações químicas é reduzida, e aquecimento do meio é aumentado.

[000132] A busca das pesquisas os conduziu a novos aperfeiçoamentos.

[000133] Em uma modalidade aperfeiçoada, a invenção se refere, assim, a um dispositivo de tratamento de um líquido compreendendo um poluente orgânico, o dito dispositivo compreendendo: - um dispositivo de injeção capaz de introduzir, no líquido, microbolhas de um fluído oxigenado apresentando um diâmetro inferior a 120 μm, preferencialmente inferior a 100 μm e, preferencialmente, superior a 25 μm, preferencialmente superior a 40 μm, preferencialmente superior a 50 μm, o dito fluído oxigenado contendo um componente oxigenado capaz de reagir com os cátions ferrosos Fe para gerar os radicais hidroxila, - um gerador de cavitação capaz de gerar, por cavitação, bolhas dentro do dito líquido, - uma câmara de implosão das ditas bolhas, - um gerador de cátions ferrosos Fe2+,

[000134] a câmara de implosão das bolhas de cavitação sendo disposta em uma região na qual o líquido contém os ditos cátions ferrosos.

[000135] Especialmente nesta modalidade aperfeiçoada, um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção pode ainda compreender uma ou várias características opcionais seguintes: - o dispositivo de injeção é configurado de maneira que - as microbolhas apresentam, em média aritmética, um diâmetro inferior a 100 μm, e/ou preferencialmente superior a 40 μm, e/ou - mais de 80% em número das microbolhas injetadas apresentam um diâmetro compreendido entre 40 μm e 120 μm, e/ou - a diferença entre o tamanho máximo das microbolhas injetadas e o tamanho mínimo das microbolhas injetadas é inferior a 20 μm; - o dispositivo de tratamento compreende uma válvula de contrapressão a jusante do gerador de cavitação; - o injetor de microbolhas e a válvula de regulagem de pressão são reguladas de maneira que o raio máximo das bolhas de cavitação é inferior ao raio crítico das bolhas de cavitação, preferencialmente de maneira que o raio máximo das bolhas de cavitação é inferior a 0,9 vezes o raio crítico das bolhas de cavitação; - o gerador de cavitação é um reator hidrodinâmico e/ou o gerador de cátions ferrosos é uma pilha de tipo “Daniell” entre o ferro e um primeiro material condutor elétrico apresentando um potencial de eletrodos superior ao ferro; - o cátodo da dita pilha compreende o graphite.

[000136] O dispositivo de tratamento da modalidade aperfeiçoada pode, naturalmente, compreender uma ou várias características descritas na parte da presente descrição que antecede o título “novos desenvolvimentos”.

[000137] Durante o novo desenvolvimento, os inventores verificaram, em especial, que uma oscilação das bolhas saindo do gerador de cavitação favorece a geração de radicais hidroxila. Eles pesquisaram, depois, quais parâmetros poderiam otimizar o efeito positivo dessa oscilação, e se havia relações entre esses parâmetros.

[000138] Os inventores verificaram, primeiro, o interesse de injetar as microbolhas calibradas.

[000139] Preferencialmente, as microbolhas injetadas têm um tamanho mediano inferior a 100 μm, preferencialmente inferior a 70 μm, preferencialmente inferior a 50 μm, preferencialmente inferior a 40 μm, preferencialmente inferior a 30 μm. Com essa finalidade, é preferencial que o dispositivo de injeção compreenda um microborbulhador compreendendo uma unidade porosa de porosidade adaptada.

[000140] A injeção de microbolhas favorece consideravelmente a geração de bolhas maiores no gerador de cavitação, o que aumenta a duração de oscilação dessas bolhas, e logo sua eficácia para gerar os radicais hidroxila.

[000141] Preferencialmente, mais de 80%, mais de 90%, mais de 95%, de fato sensivelmente 100% em número das microbolhas injetadas apresentam um diâmetro superior a 25 μm, preferencialmente compreendido entre 40 μm e 120 μm, preferencialmente compreendido entre 50 μm e 100 μm.

[000142] Preferencialmente, o diâmetro das microbolhas injetadas é sensivelmente constante. Preferencialmente, a diferença entre o tamanho máximo das microbolhas injetadas e o tamanho mínimo das microbolhas injetadas é inferior a 30 μm, preferencialmente inferior a 20 μm.

[000143] Ademais, os inventores observaram que um gerador de cavitação hidrodinâmica permite uma oscilação das bolhas a uma frequência mais eficaz que aquela obtida com os reatores “sonoquímicos”.

[000144] Os estudos demonstraram igualmente que um gerador de cátions ferrosos Fe2+ implementando um processo Fenton, doravante “gerador Fenton”, era particularmente adequadamente adaptado.

[000145] Preferencialmente o gerador Fenton compreende um ânodo sacrificial de ferro e, preferencialmente, um cátodo de graphite ou compreendendo o grafeno, de fato constituído de grafeno.

[000146] O gerador Fenton é preferencialmente um gerador “galvano Fenton”, funcionando de maneira passiva, sem injeção de corrente, à diferença de um gerador “eletro Fenton” que requer uma injeção de corrente elétrica por meio de um gerador elétrico.

[000147] Em um gerador galvano Fenton preferencial, a reação de redução eletroquímica ao cátodo graphite (O2 + 2 H+ + 2e- H2O2) gera,de maneira contínua e in situ, peróxido de hidrogênio (agente oxidante), enquanto as reações de oxidação ao ânodo de ferro (Fe -> Fe2+ + 2e- et Fe -> Fe3+ + 3e-) produz agentes coagulantes (Fe2+/Fe3+).

[000148] Os agentes coagulantes favorecem a decantação dos poluentes.

[000149] A presença dos íons Fe2+ permite gerar os radicais hidroxila (OH°) por uma reação de Fenton. Os radicais hidroxila, apresentando um potencial de oxidação muito elevado, reagem rapidamente com a maioria dos poluentes orgânicos presentes no líquido tratado.

[000150] Para otimizar a oscilação das bolhas, é igualmente preferencial que o dispositivo de tratamento compreende, a jusante do gerador de cavitação, preferencialmente a uma distância inferior à 2 m, preferencialmente inferior a 1 m do gerador de cavitação, uma válvula de regulagem de pressão, dita “válvula de contrapressão”. Por “uma válvula de regulagem de pressão”, entendemos todo dispositivo que permite modificar a pressão no gerador de cavitação, e que autoriza preferencialmente uma regulagem contínua.

[000151] A válvula de regulagem de pressão é regulada de maneira a fazer oscilar as bolhas a jusante do gerador de cavitação, ou seja, de maneira que seu raio varie periodicamente. Os inventores verificaram que quanto mais prolongada é a oscilação das bolhas, melhor é a eficácia do tratamento. Preferencialmente, a amplitude da oscilação é maximizada.

[000152] Preferencialmente, a válvula de regulagem de pressão é acionada hidraulicamente.

[000153] A equação de Rayleigh-Plesset e o modelo de Van Wijngaarden, bem conhecidos do versado na técnica, permitem estabelecer um modelo dessa oscilação e, logo, determinar os parâmetros permitindo sua otimização .

[000154] Em especial, preferencialmente, o dispositivo de injeção de microbolhas e a válvula de regulagem de pressão são regulados de maneira que o raio máximo das bolhas de cavitação obtido seja inferior ao raio crítico Rc des bolhas na saída do gerador de cavitação, preferencialmente inferior a 0,9*Rc.

[000155] Os inventores verificaram que o respeito dessa condição permite otimizar as reações química dos processos de oxidação avançada que se produzem cada vez que o raio de uma bolha diminui. O dispositivo de tratamento é, assim, muito mais eficaz que um dispositivo no qual a implosão das bolhas é brutal, por exemplo, por contato com um obstáculo.

[000156] Rc é o raio a partir do qual uma bolha não implode mais e continua a crescer. Rc = (a / 2 as)1/3, - as designa a taxa de vácuo no meio (líquido+gás), ou seja, a relação entre o volume de gás no meio e o volume do meio, a jusante do dispositivo de injeção e a montante do gerador de cavitação, preferencialmente imediatamente a jusante do dispositivo de injeção, e - a designa o número de cavitação do fluxo.

[000157] Rc, as e a são os parâmetros bem conhecidos do versado na técnica, os quais ele controla perfeitamente.

[000158] Para uma taxa de injeção determinada, é possível avaliar, por medida ou modelagem, se as condições de tratamento conduzirão a uma implosão ou não das bolhas. Ao acionar a válvula de regulagem de pressão, é possível, assim, determinar o raio crítico.

[000159] A taxa de vácuo as é a porcentagem do volume de meio ocupado pelas microbolhas. Ela corresponde, assim, à quantidade de fluído oxigenado injetado relacionada à taxa do líquido L a ser tratado. Enquanto o diâmetro das microbolhas é fixado, é função do número de microbolhas por unidade de volume de líquido. Para modificar a taxa de vácuo, basta, logo, aumentar ou diminuir a taxa de fluído oxigenado injetada.

[000160] Finalmente, o número de cavitação do fluxo a é igual a (Ps - Pv) / (0,5. p.Us), - Ps designa a pressão do líquido L a montante do gerador de cavitação, e pode ser modificada ao acionar a válvula de regulagem de pressão, na Pa; - Pv designa a pressão de vapor do líquido L, a 15 °C, na Pa, - Us designa a velocidade do líquido L medida imediatamente a montante do gerador de cavitação (ou do gerador de cavitação mais a montante se o dispositivo de tratamento compreende vários geradores de cavitação), preferencialmente menor do que 50 cm, preferencialmente medido menor do que 10 cm a montante do dito gerador de cavitação, tradicionalmente medido na tubulação na qual o dispositivo de tratamento é inserido; - p designa a densidade do líquido em kg/m3.

[000161] Para modificar o número de cavitação, basta, logo, modificar a regulagem da válvula de regulagem de pressão.

[000162] Conhecemos EP 0983116 (ou US 5 937 906), incorporado por referência, um aparelho de cavitação hidrodinâmica que poderia ser utilizado como gerador de cavitação em um dispositivo de acordo com a presente invenção, submetido a ser ajustado especificamente, para favorecer a oscilação das bolhas. De acordo com este documento, o deslocamento preferencial parece ser “imediato”, cujas condições recomendadas acima permitem evitar.

[000163] Os ensaios seguintes ilustram os desempenhos obtidos com um dispositivo que apresenta as novas melhorias. Esses ensaios foram efetuados nas mesmas condições de fluxo, com os mesmos parâmetros de injeção de microbolhas. Nos dois ensaios, microbolhas de ar foram injetadas.

[000164] Nos dois ensaios, o dispositivo compreendia o mesmo dispositivo de injeção de microbolhas, o mesmo gerador de cavitação, e a mesma câmara de implosão das bolhas saindo do gerador de cavitação. No segundo ensaio, o dispositivo compreendia igualmente um gerador de cátions ferrosos Fe2+, sob a forma de um galvano Fenton dos ânodos de Ferro e corpo de graphite, à diferença do dispositivo utilizado para o primeiro ensaio.

[000165] A densidade p do líquido L (água carregada de p- nitrofenol) foi de 1000 kg/m3.

[000166] A velocidade do líquido L medida imediatamente a montante do gerador de cavitação, Us, foi de 10 m/s.

[000167] A taxa de vácuo αs (porcentagem do volume de meio ocupado pelas microbolhas) em injeção foi de 0,47 %.

[000168] O raio das microbolhas injetadas foi de 50 μm.

[000169] O número de cavitação α foi de 0,75.

[000170] O gerador de cavitação apresentava um venturi em que o raio foi de 0,5.

[000171] A tabela a seguir provê a concentração de radicais hidroxila OH° gerados, em função da diferença entre a pressão do líquido L a montante do gerador de cavitação Ps e a pressão de vapor Pv, nas condições de funcionamento do gerador de cavitação.

[000172] A concentração de OH° foi avaliada pela taxa de decomposição de p-nitrofenol PNP, com a hipótese que todos os radicais OH° são utilizados com essa finalidade, as reações de N2 sendo negligenciadas.

[000173] O dispositivo de acordo com a invenção aperfeiçoada apresenta, então, um poder de oxidação excepcional, superior a um fator compreendido entre 3 e 6 por relação àquele de um dispositivo desprovido de gerador Fenton, que ele mesmo apresenta desempenhos melhores se comparamos à um dispositivo desprovido de dispositivo de injeção de microbolhas.

[000174] Sem serem limitados por essa teoria, os inventores explicam os resultados obtidos da seguinte maneira:

[000175] Sob atmosfera de oxigênio, o fenômeno de cavitação da água conduz à formação de radicais hidroxila HO-, e de peróxido de hidrogênio H2O2.

[000176] O mecanismo compreende uma primeira etapa de decomposição homolítica das moléculas de água e de oxigênio nas bolhas de cavitação sob o efeito das altas temperaturas desenvolvidas. Os radicais HO-, H- e HOO-, assim como os átomos de oxigênio (O), são então formados:

[000177] A captura dos radicais H- pelos átomos e as moléculas de oxigênio na bolha e à superfície leva a um aumento da concentração dos radicais HO- e HOO-:

[000178] A maioria destes radicais vai se combinar em fase gasosa, ou seja, ao interior da bolha, para reconstituir a água, o oxigênio e os átomos de oxigênio:

[000179] Os inventores estimaram que cerca de 10% dos radicais hidroxila formados se propagam em direção ao líquido e cerca de 90% dos radicais hidroxila formados se combinam à interface das bolhas de cavitação para formar H2 e H2O2 seguindo as seguintes reações:

[000180] A presença do gerador de cátions ferrosos Fe2+ explora o produto dessas reações hidroxila para gerar uma grande quantidade de novos radicais hidroxila, ditos “secundários”, o que permite multiplicar a eficácia do tratamento.

[000181] Vantajosamente, o gerador de cátions ferrosos Fe2+ permite, igualmente, produzir os coagulantes Fe2+/Fe3+.

[000182] Como isso aparece claramente no presente, a invenção propõe, assim, uma combinação de três elementos, a saber: - um injetor de microbolhas, - um gerador de cavitação, e - um gerador de cátions ferrosos Fe2+.

[000183] Esses três elementos, dispostos sucessivamente desde a montante até a jusante, cooperam de maneira estreita para um resultado comum, a saber, a geração de um grande número de radicais hidroxila, e finalmente uma eficácia máxima de tratamento.

[000184] Mais precisamente, a injeção de microbolhas permite gerar mais bolhas oscillantes que não produziria além da única cavitação do líquido. As microbolhas acionam, realmente, como os germes facilitam a geração de bolhas oscillantes no gerador de cavitação. As bolhas colocadas em oscilação no gerador de cavitação acionam como tantos microreatores produzem os radicais hidroxila a cada oscilação.

[000185] A injeção de microbolhas tem, então, um efeito determinante na produção de radicais hidroxila.

[000186] A otimização do raio crítico das bolhas oscilantes favorece a oscilação, e então o número de radicais hidroxila gerados por cada bolha.

[000187] Finalmente, a oscilação das bolhas produz o peróxido de hidrogênio. Ao transformar esse peróxido de hidrogênio, o gerador de cátions ferrosos multiplica por dez o número de radicais hidroxila.

[000188] A combinação de uma injeção de microbolhas, de um gerador de cavitação parametrizado para favorecer a oscilação das bolhas na saída do gerador de cavitação e de um gerador de cátions ferrosos Fe2+ conduz aos desempenhos excepcionais. Em especial, ela permite ao dispositivo de tratamento produzir in situ, em grandes volumes de líquido, radicais reativos, com pouco ou nenhum produto químico, com uma mineralização muito elevada, de fato total, dos poluentes e com uma cinética de decomposição muito rápida.

[000189] Um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção pode ser especialmente utilizado para tratar os líquidos carregados de matéria orgânica, mas também a água dos circuitos primários das usinas nucleares, ou mais geralmente os líquidos aquosos contaminados pelos íons metálicos radioativos. Um dispositivo de tratamento de acordo com a invenção permite, de fato, precipitar e coagular essa contaminação, depois extrair do líquido.

Claims

1. Processo para o tratamento de um líquido aquoso contendo um poluente orgânico, o dito processo caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa consistindo no tratamento do dito líquido em uma estação de tratamento ao fazê-lo circular através de um dispositivo de tratamento nas condições termodinâmicas adequadas para gerar a cavitação e cátions ferrosos, dita estação de tratamento compreendendo um circuito no qual estão inseridos um compartimento-destino (16) e um dispositivo de tratamento para o tratamento do dito líquido que sai do dito compartimento-destino, o líquido a ser tratado contendo um componente oxigenado capaz de reagir com os ditos cátions ferrosos para gerar radicais hidroxila, dispositivo para o tratamento de um líquido (L) compreendendo um poluente orgânico, o dito dispositivo compreendendo: - um dispositivo de injeção capaz de introduzir, no líquido, microbolhas de um fluido oxigenado que apresenta um diâmetro inferior a 120 μm e superior a 25 μm, o dito fluido oxigenado contendo um componente oxigenado capaz de reagir com os cátions ferrosos Fe2+ a fim de gerar radicais hidroxila, - um gerador de cavitação a jusante do dispositivo de injeção e capaz de gerar, por cavitação, bolhas dentro do dito líquido, - uma câmara de implosão das ditas bolhas, - uma regulagem de pressão a jusante do gerador de cavitação, - um gerador de cátions ferrosos Fe2+, a câmara de implosão das bolhas de cavitação sendo disposta em uma região na qual o líquido contém os ditos cátions ferrosos, o dispositivo de injeção e a válvula de regulagem de pressão são regulados de maneira que o raio máximo das bolhas de cavitação é inferior ao raio crítico das bolhas de cavitação.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de injeção é configurado de forma que: - as microbolhas apresentam, em média aritmética, um diâmetro inferior a 100 μm e superior a 40 μm, e/ou - mais de 80% em número de microbolhas injetadas apresentam um diâmetro compreendido entre 40 μm e 120 μm, e/ou - a diferença entre o diâmetro máximo de microbolhas injetadas e o diâmetro mínimo de microbolhas injetadas é inferior a 20 μm.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as microbolhas injetadas apresentam um diâmetro inferior a 100 μm.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de injeção é um microborbulhador.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o injetor de microbolhas e a válvula de regulagem de pressão são regulados de maneira que o raio máximo das bolhas de cavitação é inferior a 0,9 vezes o raio crítico das bolhas de cavitação.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o gerador de cavitação é um reator hidrodinâmico (30) e/ou o gerador de cátions ferrosos é uma pilha do tipo “Daniell” entre o ferro e um primeiro material condutor elétrico apresentando um potencial de eletrodos superior ao ferro.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o cátodo da dita pilha compreende grafite e/ou grafeno.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o gerador de cavitação e/ou o gerador de cátions ferrosos são incorporados em um reator hidrodinâmico (30) que compreende: - os primeiros canais (120) que surgem a jusante em uma câmara intermediária, a passagem do líquido nos primeiros canais provocando sua aceleração e a geração das ditas bolhas de cavitação, a dita câmara intermediária constituindo a dita câmara de implosão; - os segundos canais que surgem a montante na dita câmara intermediária, os segundos canais sendo delimitados internamente pelo ferro.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o fluido oxigenado é ar e/ou peróxido de hidrogênio e/ou ozônio.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a implementação de um dispositivo de tratamento compreende uma pluralidade de módulos de reação “aperfeiçoados”, cada módulo de reação aperfeiçoado sendo constituído, de a montante à jusante, por: - uma câmara a montante (123) opcional, - uma segunda unidade compreendendo uma pluralidade de segundos canais delimitados internamente, pelo menos parcialmente, pelo ferro, - opcionalmente, uma câmara intermediária, - uma primeira unidade compreendendo uma pluralidade de primeiros canais, a passagem do líquido nos primeiros canais provocando sua aceleração e a geração de bolhas de cavitação, e - uma câmara a jusante, a passagem do líquido na câmara a jusante provocando sua desaceleração e a implosão das bolhas de cavitação.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a implementação de um dispositivo de tratamento compreende um módulo de reação “simplificado” constituído, de a montante à jusante, por uma unidade (118, 118', 118") compreendendo canais pelo menos parcialmente delimitados pelo ferro e modelados para provocar a geração de bolhas de cavitação, e uma câmara de implosão (124, 124', 124") disposta a jusante dos ditos canais e modelada para provocar uma implosão das ditas bolhas de cavitação geradas nos ditos canais pelo menos parcialmente delimitados pelo ferro.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que: - o poluente orgânico é escolhido no grupo formado pelos compostos orgânicos voláteis, semi-voláteis, PCB, pesticidas, herbicidas, dioxinas, furanos, produtos explosivos e seus produtos de decomposição, produtos do tipo humic, corantes; e/ou - o líquido a ser tratado é derivado da produção de petróleo ou gás, da extração mineral, do fraturamento hidráulico, de uma medição ou de um tratamento de água, potável ou não; e/ou - o líquido a ser tratado apresenta uma demanda química de oxigênio superior a 100 mg/l.