BR112016029877B1 - Dispositivo para purificação e desinfecção de água para consumo humano, método para elaborar um elemento de desinfecção de um dispositivo para purificação e desinfecção de água para consumo humano, e método para recobrir um elemento de desinfecção - Google Patents

Abstract

É apresentado um dispositivo purificador de água que se coloca dentro dos depósitos de água para uso humano em instalações domésticas, rurais, comerciais ou institucionais. O dispositivo elimina micro-organismos e outros agentes biológicos patógenos, usando prata coloidal suportada sobre esferas de cerâmica de porosidade controlada e contida em um alojamento de plástico. O dispositivo consiste em um conjunto de peças ou seções em forma de jaula que alojam as esferas de cerâmica impregnadas com prata coloidal e uma peça superior que aporta flutuabilidade. O conjunto mantém as esferas sempre submersas e em contato com a água. O número de secções que contêm as esferas, podendo-se incrementar para depósitos de maior capacidade. Algumas das esferas são impregnadas de prata coloidal, podendo-se substituir por esferas submetidas a outros tratamentos como carvão ativado, zeólitos, resinas de intercâmbio iônico, desinfetantes de liberação prolongada, esferas metálicas (de cobre e zinco); para eliminar outras impurezas específicas de onde a água seja obtida. A estrutura das jaulas de alojamento permite a livre circulação da água e evita o contato ou choques entre as esferas prolongando sua vida útil. A água tratada que é obtida está apta para consumo humano e o sistema não requer (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo purificador de água que se coloca dentro dos depósitos de água para uso humano em instalações domésticas urbanas ou rurais, comerciais ou institucionais.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[002] O objetivo da presente invenção é produzir um dispositivo para purificação de água para consumo humano, que elimina os micro-organismos e outros agentes biológicos patógenos como bactérias, vírus e parasitas. O dispositivo elimina os ditos micro-organismos e agentes biológicos mediante a utilização de prata coloidal suportada sobre peças cerâmicas de porosidade controlada, cuja forma é esférica ou aproximadamente esférica que estão submersas na água contida no depósito e pelo contato das esferas com a água, a prata coloidal gera uma reação eletromagnética por meio da liberação de íons de prata que desinfetam a água. As ditas esferas são contidas em um suporte de material plástico que compreende por sua vez um elemento flutuador para conservar todo o conjunto flutuando na superfície da água do depósito, o conjunto tendo seu centro de gravidade na parte inferior para manter o conjunto sempre na mesma posição vertical e as esferas permanecendo sempre submersas na água.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Em muitas regiões do mundo, a água que se utiliza para consumo humano contém micro-organismos patógenos e outros agentes biológicos que podem causar infecções ou infestações ao ser humano. Isto acontece principalmente em regiões onde a água é obtida por meios rústicos de fontes superficiais ou subterrâneas sem a devida desinfecção ou potabilidade, ou inclusive em áreas urbanas onde a desinfecção é incompleta ou a água tratada pelos serviços municipais de fornecimento de água se contamina durante seu transporte, manejo e armazenamento.

[004] A água contaminada por agentes patógenos é a causa de um grande número de casos de enfermidades causadas por infecções bacterianas e por parasitas; por estes casos há um elevado número de pessoas que falecem, especialmente crianças.

[005] Na técnica anterior existem múltiplos dispositivos e sistemas de purificação e desinfecção da água para consumo humano que aplicam uma ampla variedade de métodos para eliminar ou inativar os organismos biológicos infecciosos. Baseiam-se em princípios de filtração em leitos granulares ou meios sólidos, microfiltração, ultrafiltração, desinfecção com compostos químicos, cloração, aplicação de iodo ou seus compostos ou na aplicação de luz ultravioleta e ozônio. Ainda que estes métodos sejam efetivos, requerem o uso de energia elétrica ou de uma fonte de água com certa pressão para fazer passar a água através dos leitos ou membranas de filtração e eletricidade para gerar o ozônio ou a luz ultravioleta. A cloração requer o manejo de materiais perigosos como o cloro gasoso e outros compostos de cloro e dispositivos manuais ou automáticos para dosificar o cloro, algum composto deste como sais de hipoclorito, óxido de cloro ou outros compostos, ou produtos de iodo ou derivados do iodo. Um erro humano ou uma falha do equipamento pode fazer com que a desinfecção seja insuficiente ou que se adicione uma excessiva quantidade de desinfetante que causa mau odor e sabor na água ou que em altas doses pode causar algum grau de intoxicação. Foi proposto o uso de iodo para suprir a necessidade deste elemento para o organismo humano, mas este requerimento é mais facilmente satisfeito e com melhor controle mediante o uso de sal iodado.

[006] Os métodos a base de membranas de ultrafiltração ou osmose inversa exigem uma alimentação por pressão e descartam uma parte da água que segue enriquecida com as impurezas indesejadas ou que devem ser tratadas com as águas residuais. No caso da osmose inversa é alterado o balanço dos sais que existem naturalmente dissolvidos na água, o que é excessivo para as aplicações habituais de consumo humano. Tanto as membranas de ultrafiltração como as de osmose inversa exigem uma atenção e manutenção frequentes que as tornam pouco desejáveis para aplicações domésticas.

[007] WO2013/113094 divulga um dispositivo de flutuação modular configurado para flutuar em água ou um fluido similar, mantido a partir de um cartucho de filtro. O dispositivo de flutuação modular serve para adsorção/degradação e filtragem de gases de tratamento de resíduos. O dispositivo de flutuação do filtro está configurado para reduzir as emissões de gases de uma superfície líquida e pode ser colocado dentro do líquido sem ser montado, de modo que o dispositivo ficará flutuando no topo do nível do fluido, para que o filtro trate e/ou degrade um quantidade significativa de gases que emanam removendo o cheiro resultante dos gases. O elemento filtrante é feito com diferentes materiais como carvão ativado, membrana fotocatalítica, compostos orgânicos ou combinação destes.

[008] O problema técnico a ser resolvido em WO2013/113094 é que existem dispositivos de cobertura de líquidos que exigem produtos químicos no ar na tentativa de neutralizar os odores que emanam de um líquido. Mas a utilização deste tipo de produtos químicos pulverizados implica um risco constante para a saúde.

[009] A solução proposta por WO2013/113094 é fornecer um dispositivo modular de filtragem de gases e odores, que inclui uma estrutura flutuante em combinação com um cartucho de filtragem, onde o cartucho de filtragem é capaz de capturar e/ou filtrar emissões de gases e odores emitidos por superfícies líquidas que podem ser utilizadas em uma única unidade ou combinado com outra unidade semelhante à modular.

[0010] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico que WO2013/113094, nem oferece a mesma solução. WO2013/113094 fornece um dispositivo modular de filtragem de gases e odores que inclui uma estrutura flutuante em combinação com um cartucho de filtragem, em que o cartucho de filtragem é capaz de capturar e/ou filtrar emissões de gases e odores emitidos por superfícies líquidas.

[0011] WO0228510 revela aparelho de tratamento de resíduos e processo para diminuir a emissão de gases malcheirosos durante o tratamento de resíduos. O aparelho inclui um painel de flutuação formado por partículas de espuma aglutinadas, compreendendo também uma camada de tecido envolta com um material absorvente que pode ser zeólita, carvão ativado, turfa e suas misturas. A presente invenção proporciona um meio fiável e económico para diminuir os odores geralmente associados ao tratamento de resíduos.

[0012] O problema técnico a ser resolvido por WO0228510 é que não há tecnologia de baixo custo para áreas pequenas ou confinadas que reduza a emissão de gases causadores de odores durante o tratamento de resíduos.

[0013] A solução de WO0228510 é fornecer um dispositivo que inclui um painel de flutuação composto por uma camada de tecido envolta com um material absorvente que pode ser zeólita, carvão ativado, turfa e suas misturas, o que reduz a emissão de gases causadores dos maus odores durante o tratamento de resíduos.

[0014] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico, nem oferece a mesma solução de WO0228510. WO0228510 fornece um aparelho para áreas confinadas que reduz a emissão de gases causadores de odores durante o tratamento de resíduos por meio de um painel de flotação formado por partículas de espuma aglutinadas incluindo uma camada de tecido envolvida com um material absorvente que pode ser zeólita, carvão ativado, turfa e suas misturas.

[0015] US6136194 revela um sistema de tratamento de águas residuais que reduz substancialmente o tempo de tratamento de águas residuais e aumenta a capacidade de tratamento. O sistema inclui pelo menos uma célula de reator aeróbio totalmente coberta e uma célula de reator anaeróbico totalmente coberta, em que a célula de reator aeróbio coberta inclui um par de subcélulas em que a primeira célula inclui a mistura e aeração contínua de águas residuais e a segunda célula inclui apenas mistura intermitente e aeração de águas residuais tratadas.

[0016] O problema técnico a ser resolvido em US6136194 é que os sistemas tradicionais para lagoas, não conseguem atingir efluentes mais rigorosos que limitem a necessidade de mudanças na regulamentação ambiental sem aumentar o tempo de tratamento ou acrescentar caras adaptações mecânicas.

[0017] A solução de US6136194 é fornecer um sistema de tratamento de efluentes que reduza o tempo de tratamento e aumente a capacidade de tratamento.

[0018] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico nem oferece a mesma solução. US6136194 fornece um sistema de tratamento de efluentes que reduz o tempo de tratamento e aumenta a capacidade de tratamento.

[0019] JP2004209341 divulga um método para armazenar água gerada eletroliticamente feita por eletrólise de água e o aparelho de armazenamento do mesmo, a água gerada eletroliticamente é armazenada em um tanque em um estado tal que o contato da água gerada eletricamente com a superfície da água ou gás acima da superfície é cortada por uma camada de contato para suprimir grandemente a geração de cloro gasoso, hidrogênio gasoso ou similar a partir de água armazenada eletroliticamente gerada. O método e aparelho para armazenar água eletrolisada inclui uma pluralidade de diferentes esferas flutuantes com tamanhos diferentes, que são usadas para formar a camada de bloqueio de contato.

[0020] O problema técnico a ser resolvido por JP2004209341 é a liberação e escape de gás.

[0021] A solução de JP2004209341 é fornecer um método e dispositivo para armazenamento água eletrolisada para suprimir a geração de cloro, hidrogênio e água eletrolisada contida no tanque de armazenamento.

[0022] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico nem oferece a mesma solução. JP2004209341 fornece um método e dispositivo para armazenar água eletrolisada para suprimir a geração de cloro, hidrogênio e água eletrolisada contida no tanque de armazenamento e embora inclua diferentes esferas flutuantes com tamanhos diferentes para serem usadas para a formação de uma camada de bloqueio de contato, não é mencionado se as referidas bolas potabilizam a água, nem sua composição e processo de elaboração.

[0023] DE2002006006857 divulga um conjunto de desinfecção de águas pluviais composto por um recipiente cilíndrico contendo um agente desinfetante e várias saídas. A extremidade superior do recipiente é constituída por uma bola flutuante, que sobe e desce em função do nível da água proveniente de um tubo de alimentação de águas pluviais.

[0024] O problema técnico a ser resolvido em DE2002006006857 é o fato de a água da chuva não ser reaproveitada, então a solução para este problema é projetar um módulo de tratamento de água da chuva.

[0025] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico nem oferece a mesma solução. DE2002006006857 fornece um módulo de tratamento de águas pluviais e embora a desinfecção do recipiente seja feita por meio de uma boia flutuante que sobe e desce com o nível da água, a boia flutuante não tem o mesmo funcionamento que as esferas da presente invenção, nem são feitas de os mesmos componentes e nem utiliza uma estrutura semelhante à do dispositivo da presente invenção.

[0026] JP2003200173 divulga um material purificador de água que contém um agente antibacteriano inorgânico incluindo pelo menos um dos íons metálicos de Ag, Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn e tem uma gravidade específica abaixo de 1,00 e uma razão de vazios de 20% ou mais. O material purificador de água pode ser um agente antibacteriano inorgânico sozinho e um material poroso não inflamável, como zeólito, sílica, pós minerais, como bentonitas, carvão branco, terras de diatomáceas, alumina ativada, óxido de magnésio ativado.

[0027] O problema técnico a ser resolvido em JP2003200173 é o fato de existirem agentes antibacterianos que não são seguros, causam contaminação, prejudicam a saúde humana e reduzem o efeito antibacteriano porque geram resistência bacteriana.

[0028] A solução de JP2003200173 é fornecer um material purificador de água com gravidade específica de 1,00 g. e pelo menos um dos íons metálicos de Ag, Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn.

[0029] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico nem oferece a mesma solução. JP2003200173 fornece um material purificador de água com gravidade específica de 1,00 g, incluindo pelo menos um dos íons metálicos de Ag, Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn, usa um agente antibacteriano como purificador e um material poroso. JP2003200173 não divulga uma estrutura de um dispositivo de purificação, nem um método de fabricação de bolas de purificação.

[0030] DE102006001481 divulga uma cápsula para administração de dose de uma substância ativa fechada que compreende uma cobertura externa rígida à base de quitosana ou seu derivado e um núcleo à base de alginatos ou seu derivado, onde a substância ativa dosada pode ser liberada do núcleo e contém uma única solução aquosa de um composto de oxicloreto estável e oxidativo eficaz. A tampa é insolúvel em água e possui poros para administração dosada do composto oxicloreto. Também é divulgada a preparação da cápsula, que compreende a mistura de uma solução aquosa de composto oxicloreto eficaz oxidativo estável com uma solução aquosa de alginato e/ou seu derivado e uma solução aquosa de quitosana e/ou seu derivado; e, transformando a mistura obtida em uma cápsula.

[0031] O problema técnico a ser resolvido em DE102006001481 é que a substância ativa é consumida muito rapidamente e não pode ser liberada na quantidade desejada ao longo do tempo.

[0032] A solução de DE102006001481 é conseguir, por meio de cápsulas, a liberação de uma substância ativa envolvida com uma camada à base de quitosana ou um derivado de quitosana e um núcleo à base de alginato ou derivado de alginato, conseguindo que a substância ativa esteja disponível para liberação em dose maneira a partir do núcleo.

[0033] Por outro lado, a presente invenção não resolve o mesmo problema técnico nem oferece a mesma solução. DE102006001481 fornece cápsulas que liberam uma substância ativa envolvida com uma camada à base de quitosana ou um derivado de quitosana e um núcleo à base de alginato ou derivado de alginato, e a substância ativa estando disponível para ser liberada de maneira dosada a partir do núcleo. A referida cápsula destina-se à desinfecção, limpeza de líquidos e superfícies de substratos. DE102006001481 não divulga nenhum dos ingredientes das bolas de purificação, nem o método de fabricação das bolas de purificação, nem a estrutura de um dispositivo de purificação.

[0034] Em vista do exposto, podemos concluir que nenhum dos documentos, sozinho ou em combinação, menciona o problema e a solução da presente invenção. Nem poderia a invenção ser alcançada juntando ou combinando estes documentos; portanto, nenhum dos documentos afeta a atividade inventiva da presente invenção.

[0035] Para utilizar o ozônio ou a luz ultravioleta, são necessários eletricidade e proporcionar manutenção aos equipamentos que os geram, já que estes têm uma vida limitada. Isto dificulta ou impede seu uso em lugares onde haja insuficiente fornecimento de energia elétrica e de mão de obra qualificada. Com o tempo, a falta de manutenção torna inoperantes estes meios.

[0036] A filtração em seus distintos graus requer atenção frequente para lavar os meios filtrantes, energia para pressurizar a água para fazê-la passar através destes e controles para evitar o crescimento de algas e outros organismos sobre os mesmos meios.

[0037] Em certos dispositivos para uso doméstico são usados cartuchos de grãos, geralmente de quartzo triturado assim como outros sólidos, impregnados de prata coloidal. Estes dispositivos são muito efetivos pela ação biocida da prata e seus íons, mas também exigem pressão para que a água possa fluir através dos leitos granulares. A textura superficial dos grânulos, ainda que seja amorfa, tem muito pouca porosidade, pelo que a quantidade de prata que se pode depositar é limitada.

[0038] Com o fim de resolver a situação atual, é criada a presente invenção.

[0039] Entre os dispositivos mencionados na técnica anterior são mencionados:

[0040] O pedido de patente EP94904373, de n° de publicação EP0690822, da requerente H.V.R. Water Purification AB, de código IPC C02F1/18 B01D61/36, de título “Purificador de Água, Especialmente para Uso” que revela um purificador de água que funciona de acordo com o princípio de destilação por membrana e inclui meios de desgaseificação para desgaseificar a água bruta de entrada antes de iniciar o processo de destilação por membrana; meios de membrana para a destilação por membrana de água desgaseificada; e meios de saída que funcionam para descarregar uma quantidade residual de água não destilada desgaseificada quando um nível de água não destilada desgaseificada cair para um nível inferior predeterminado em um recipiente que recebe a água bruta a ser purificada.

[0041] O pedido de patente EP01973629, de n° de publicação EP1341727, da requerente PUR Water Purification Products, Inc., de código IPC C02F9/02 C02F1/52 C02F1/28(+1), de título “Kits para Purificação de Água” que revela um kit para purificação de água que compreende um primeiro recipiente para receber água não tratada e um segundo recipiente para receber água purificada e uma torneira de distribuição. Uma composição de purificação de água, quando misturada com água no primeiro recipiente, produz água parcialmente purificada com matéria sólida. Um primeiro filtro mantido em um suporte de filtro na extremidade superior do segundo recipiente remove a matéria sólida quando a água parcialmente purificada é despejada do primeiro recipiente. Um segundo filtro no segundo recipiente compreende carbono.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0042] A Figura 1 mostra a peça de alojamento do flutuador.

[0043] A Figura 2 mostra a coberta inferior da peça de alojamento do flutuador com as partes de ancoragem para fixar a peça inferior.

[0044] As Figuras 3 e 4 mostram as vistas laterais da peça de alojamento do flutuador com as partes em forma de arpão para fixar a peça inferior.

[0045] As Figuras 5, 6 e 7, 8, 9 e 10 mostram a parte inferior da jaula de alojamento das esferas de cerâmica.

[0046] A Figura 11 mostra o conjunto implantado dos componentes do dispositivo.

[0047] As Figuras 12 A e 12 B mostram o conjunto parcialmente implantado com duas secções de flutuação e duas secções de alojamento das esferas de cerâmica mostrando só uma esfera por cada seção em duas etapas de montagem.

[0048] A Figura 13 mostra o conjunto completo com duas secções de flutuação e duas secções de alojamento totalmente armado. É mostrada só uma esfera por cada seção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0049] A presente invenção se refere a um dispositivo para purificação e desinfecção da água para consumo humano que compreende utilização de prata coloidal suportada sobre um substrato cerâmico de porosidade controlada, o dito substrato tendo forma de esferas mais ou menos regulares, as quais estão alojadas em um conjunto de câmaras de suporte muito abertas que são dispostas em forma de coluna que se mantém na posição vertical porque no extremo superior existe um flutuador feito de espuma plástica.

[0050] A presente invenção supera os dispositivos existentes na técnica anterior, porque as esferas de cerâmica impregnadas de prata coloidal estão alojadas em um suporte de material plástico muito aberto em forma de jaulas, que permite que as esferas se movam dentro de suas respectivas cavidades sem contato entre si e o dito suporte tem uma parte superior que compreende um flutuador de espuma plástica e o centro de gravidade do conjunto está por baixo desta parte superior. Desta maneira, todo o conjunto forma uma coluna que conserva uma posição vertical e as esferas de cerâmica impregnadas são mantidas dentro da água em uma posição correta para expor a água ao efeito da prata coloidal.

[0051] O suporte de alojamento compreende várias seções feitas de ao menos um polímero plástico estável à umidade e adequado para contato com água para consumo humano que é selecionado entre as poliolefinas, poliestireno, poliestireno alto impacto, cloreto de polivinila de grau compatível com a água para consumo humano, terpolímero de acrilonitrila butadieno estireno (ABS), polimetil metacrilato, poliéster, Tereftalato de Polietileno (PET), policarbonato ou outros polímeros termoplásticos ou termofixos compatíveis com a água para consumo humano, seja como único componente ou em combinações de mais de um. Os polímeros que são susceptíveis à degradação pela luz solar são formulados com ao menos um pigmento que evita que a luz solar os degrade nas aplicações em que possa existir exposição à luz solar, como são os recipientes abertos. Estes pigmentos são selecionados dentre os disponíveis no mercado e que sejam compatíveis com a água para consumo humano; por exemplo, e não limitativamente, os pigmentos são selecionados entre ao menos um de negro de fumo, bióxido de titânio, caulim, carbonato de cálcio natural ou precipitado e outros pigmentos preferivelmente inorgânicos que não contenham metais pesados potencialmente nocivos para a saúde humana.

[0052] Os polímeros podem conter ou não cargas inertes para melhorar suas propriedades mecânicas e sua estabilidade segundo as práticas conhecidas na técnica anterior. A forma das peças em forma de jaula permite que sejam acopladas entre si em múltiplos que se unem à peça superior que contém o flutuador, o qual permite que se possa adicionar vários módulos de esferas para variar a capacidade do dispositivo e usar distintos tipos de esferas. O conjunto de uma ou mais jaulas se mantém na posição vertical, porque o flutuador sempre está na parte superior, mais acima do centro de gravidade.

[0053] As peças que formam o conjunto são normalmente de cor branca ou da cor natural do polímero para as aplicações quando o conjunto não está exposto à luz solar; mas podem colorir-se no processo de formação com corantes compatíveis com o consumo humano para identificar caso se tratar de uma seção de esferas com prata coloidal ou de outros materiais.

[0054] O conjunto que forma o dispositivo em forma de coluna não requer manutenção durante sua vida útil, os polímeros são selecionados por sua toxicidade nula, por sua ausência de sabor ou odor, por não conter compostos inaceitáveis para uso humano; como exemplo, o Bis Fenol A ou o BPA por suas siglas em inglês, e por serem estáveis ao serem submersos permanentemente em água e possivelmente expostos à luz solar.

[0055] A prata em estado coloidal com que serão impregnadas as esferas de cerâmica libera íons de prata sistematicamente ao fazer contato com a água, e os micro-organismos que esta pode conter são expostos aos ditos íons de prata. A purificação da água se faz porque os íons conduzidos pela prata coloidal rompem a parede celular dos micro-organismos, interrompem sua respiração afetando seu DNA e evitando sua reprodução. Além disso, por meio de uma reação de oxidorredução é criado um campo eletromagnético e químico que gera um ambiente hostil para vírus, parasitas e bactérias.

[0056] As colunas de desinfecção são projetadas para que as esferas de íon prata tenham um máximo contato com a água para aumentar sua eficiência e reduzir o tempo requerido para efetuar a desinfecção.

[0057] As colunas que integram o dispositivo de desinfecção não exigem energia elétrica nem de outro tipo, não exigem manutenção durante sua vida útil, não conduzem sabor nem odor para a água e carecem de toxicidade. O equipamento está em conformidade com as normas para equipamentos e substâncias germicidas para tratamento doméstico de água, como a norma mexicana NOM-244-SSA 1-2008. Bacteriologicamente, está em conformidade com as normas de Água para Uso e Consumo Humano, como a norma mexicana NOM- 127-SSA1-1994 e com a norma NOM-201-221-2002 para Água e Gelo para Consumo Humano Envasados e a Granel.

[0058] Para formar as esferas convém que sua forma não seja estritamente esférica e lisa, a fim de criar mais área superficial e que contenha um maior número de microporos de dimensões controladas. Estas características são favorecidas se a cerâmica for moldada manualmente, com o que também gera empregos nas comunidades rurais.

[0059] Em certas circunstancias, quando a água disponível tem outros contaminantes, à torre objeto desta invenção podem ser incorporadas outras jaulas com esferas de características distintas, que podem ser carvão ativado para adsorver odores, cores e cloro residual, pontos ativos com resinas de intercâmbio iônico para eliminar metais indesejáveis, como arsênico ou altos teores de ferro, zeólitos para suavizar a água demasiado dura, etc..

[0060] Para formar as esferas, toma-se a quantidade requerida de cerâmica crua e úmida, principalmente alumina que pode conter óxidos de magnésio, de silício, de zircônio e outros compostos cuja seleção não afeta nem limita de forma alguma o alcance e a novidade da presente invenção, e recebe forma esférica manualmente. São submetidas à secagem de acordo com condições controladas de temperatura e umidade, entre 10 °C e 80 °C e mais especificamente entre 18 °C e 40 °C e entre 5% e 70% de umidade relativa e mais especificamente entre 10% e 50% de umidade no ar, para alcançar uma umidade na cerâmica entre 0,5% e 20% e mais especificamente entre 0,5% e 10%. São calcinadas parcialmente e torna-se a adicionar mais camadas de cerâmica crua e secas, calcinadas várias vezes até alcançar o tamanho desejado, entre 20 e 45 mm de diâmetro. Finalmente, confirma-se a porosidade mediante um processo de adsorção e finalmente por inspeção por microscopia. O objetivo é conseguir uma estrutura de alumina gama por sua alta porosidade.

[0061] As esferas de cerâmica são impregnadas mediante um processo conhecido no estado do arte com uma solução de um sal solúvel de prata, que compreende ao menos um nitrato de prata, tiossulfato de prata, tiossulfato duplo de sódio e prata ou outro sal de prata solúvel.

PREPARAÇÃO DA CAMADA DE PRATA COLOIDAL

[0062] Em um recipiente inerte (vidro, metal vidrado ou plástico) se prepara uma solução do sal ou sais de prata em uma concentração entre 20% e 50% de prata coloidal. As esferas calcinadas e também secas são submersas na dita solução de um sal de prata preparada em conformidade com o parágrafo anterior, sendo extraídas e secas. Posteriormente se reduz a prata elementar em estado coloidal mediante um reagente redutor em ausência de ar. Esta operação se repete de 2 a 5 vezes até que se atinja a espessura e a uniformidade desejadas da película de prata coloidal.

[0063] A qualidade e o conteúdo de prata na impregnação foram confirmados por análise mediante fluorescência de raios X; as provas demonstraram que a concentração de prata coloidal nas esferas é mantida em valores efetivos até após os 2,7 anos de exposição em água.

[0064] Por último, as esferas são secas a uma temperatura decrescente de 350 °C a 60 °C e mais especificamente de 300 °C a 80 °C em atmosfera redutora para fixar a impregnação de prata coloidal. Como é conhecido para um técnico no assunto, existem outros processos de impregnação de cerâmicas com prata coloidal; entretanto, a seleção do processo de impregnação não limita de forma alguma o alcance e novidade da presente invenção.

[0065] Também, para um técnico no assunto é sabido que existem outros tipos de cerâmicas que se podem utilizar para suportar a prata coloidal como, por exemplo, as cerâmicas que contêm óxidos de magnésio, de silício, de zircônio e outros compostos; entretanto, a seleção da composição da cerâmica que se usa para fabricar as esferas não limita de forma alguma o alcance e novidade da presente invenção.

[0066] Na técnica anterior existem dispositivos de desinfecção de água que também utilizam substratos impregnados com prata coloidal. Entretanto, de forma diferente de tais dispositivos, o procedimento da presente invenção produz uma maior porosidade da cerâmica que permite aportar mais pontos ativos de prata coloidal e uma maior reserva de prata para estender a vida útil das esferas.

[0067] Cabe esclarecer que a técnica aplicada na presente invenção busca, sobretudo, incrementar a porosidade das esferas e/ou da área total de poros, em vez de pretender um incremento na dureza e nas resistências térmica e mecânica das esferas como é feito em diversas aplicações, já que as condições de trabalho para a presente invenção não incluem turbulências elevadas, altas temperaturas, choques térmicos nem fricção entre as esferas porque as jaulas que as contêm evitam o contato ou choques entre elas ou com outras superfícies duras, e a temperatura de trabalho é sempre ambiente ou algo inferior a ambiente do lugar onde se instala o depósito de água.

[0068] A presente invenção se distingue também porque as esferas se encontram alojadas nas jaulas de plástico e a água não tem que passar através de um leito de material granular ou de esferas contidas dentro de um recipiente ou cartucho como ocorre em outros dispositivos. Desta maneira o dispositivo objeto da presente invenção não requer energia de nenhum tipo nem pressão para que a água passe através dos suportes que alojam as esferas. Por isso, o recipiente de armazenamento de água pode ser cheio com uma instalação fixa para usar água municipal, ou com mangueiras ou esvaziando nos recipientes portáteis.

[0069] Uma vez que tenha passado o tempo mínimo para a eliminação dos organismos patógenos, o dispositivo permanece no recipiente de armazenamento, já que seus componentes ativos não transmitem cheiros, sabor nem outras características indesejáveis para a água e, além disso, impede uma possível reinfecção caso pudesse entrar no recipiente qualquer material que transporte os organismos patógenos.

REALIZAÇÕES DA PRESENTE INVENÇÃO

[0070] Na realização preferente da presente invenção o dispositivo se integra mediante uma peça oca de plástico 100 com a forma de paralelepípedo ou cilíndrica que contém uma peça de espuma de plástico 122 de poro fechado como flutuador formando uma jaula de flutuação. A tampa 104 e a parede 105 desta peça se acoplam entre si mediante uniões de olhais e ranhura em forma de arpão 101 ou unidas por pressão sem que necessariamente existam adesivos. A espuma de plástico pode ser de qualquer polímero espumável e compatível com a água para uso humano sem que o material desta afete a novidade ou o alcance da presente invenção. Por meio de exemplo não limitativo, o material da espuma é selecionado dentre pelo menos um de polietileno expandido, poliestireno expandido, ou outros polímeros espumáveis e estáveis ante a imersão permanente em água.

[0071] Debaixo da caixa de flutuação é montada com uniões de pressão uma jaula de paredes abertas 113 que tem cinco compartimentos abertos e dotados de separadores entre si que conservam as esferas sem fazer contato umas com as outras. Em cada compartimento se coloca uma esfera de cerâmica 123 para tratar a água. As uniões de pressão são suficientemente fortes para impedir que o conjunto se desarme acidentalmente. Ao impedir-se o contato entre as esferas, evita-se também que se degradem por erosão ou abrasão com o movimento próprio da água ao ser enchido e esvaziado o recipiente de armazenamento.

[0072] O conjunto tem uma flutuabilidade que faz com que a parte superior esteja na superfície da água e a jaula com esferas esteja totalmente submersa com o conjunto na posição vertical estável.

[0073] Em uma segunda realização da presente invenção, coloca-se uma ou mais jaulas 113 debaixo da primeira prolongando-se o comprimento do conjunto. Em cada jaula adicional se pode colocar até cinco esferas com prata coloidal para incrementar a capacidade de tratamento para volumes maiores de água. Se o número de jaulas ou níveis de esferas exceder 4, adiciona-se uma nova seção de flutuador em uma proporção de uma seção de flutuador por cada 4 níveis ou fração.

[0074] Em uma terceira realização da presente invenção, substitui-se ao menos uma das esferas de prata coloidal por ao menos uma esfera impregnada com um agente desinfetante compatível com o consumo humano, de liberação lenta e prolongada. Este agente complementa a ação da prata para assegurar a eliminação de organismos que demoram demasiado tempo para ser eliminados pela prata coloidal. Esta realização se aplica tanto para o dispositivo previsto de uma única jaula como para conjuntos de várias jaulas.

[0075] Em uma quarta realização da presente invenção, substitui-se ao menos uma das esferas por ao menos uma esfera impregnada com carvão ativado ou constituída por carvão ativado para absorver ou adsorver e eliminar odores e sabores indesejáveis e para remover o excesso de cloro residual que se aplica nos sistemas municipais de fornecimento de água e que tem um sabor e odor pouco agradáveis.

[0076] Em uma quinta realização da presente invenção, substitui-se ao menos uma das esferas por ao menos uma esfera que tenha pelo menos uma resina de intercâmbio iônico do tipo catiônica que removerá os metais dissolvidos na água ou os compostos destes, como ferro, arsênico ou outros metais que ocorrem em forma natural em algumas regiões.

[0077] Em uma sexta realização da presente invenção, substitui-se ao menos uma das esferas por ao menos uma esfera impregnada com zeólitos para suavizar a água que tem uma elevada dureza.

[0078] Em uma sétima realização da presente invenção, substitui-se ao menos uma esfera, preferivelmente a da posição central de um ou vários níveis e em seu lugar se insere ao menos uma peça constituída por uma composição de cobre e zinco em forma de escamas ou lascas, com a finalidade de provocar um efeito sinérgico com a prata coloidal para acelerar a desinfecção.

[0079] Em uma oitava realização da presente invenção, as esferas de cerâmica recebem um puncionamento antes de seu cozimento para nelas criar pelo menos um poro adicional de tamanho visível e até na quantidade que fisicamente seja factível de ser produzida na superfície.

[0080] Em uma nona realização da presente invenção, combinam-se esferas impregnadas com prata coloidal com esferas que contenham resinas de intercâmbio iônico, zeólitos, desinfetante ou desinfetantes de liberação prolongada, carvão ativado ou peças de cobre e zinco em qualquer combinação. A dita combinação se define em função das características da água de cada localidade em particular.

[0081] Em uma décima realização da presente invenção, as partes de polímero plástico podem conter pigmentos compatíveis com a água para consumo humano de distintas cores que permitem determinar tanto a posição de cada componente dentro do conjunto, como o tipo de impregnação que contenham as esferas.

[0082] Em uma décima primeira realização da presente invenção, a seção de flutuador pode ter uma forma oca sem espuma de polímero.

[0083] Em uma décima segunda realização da presente invenção, as esferas de cerâmica podem ser substituídas por peças com formas não esféricas, tais como cilindros ou figuras com faces planas ou formas irregulares.

[0084] Em uma décima terceira realização da presente invenção, as esferas de cerâmica podem formar-se mediante meios mecânicos.

TESTES

[0085] Para avaliar a efetividade das esferas cerâmicas impregnadas de prata coloidal foram feitos testes para determinar o tempo em que em uma amostra de água inoculada com micro-organismos Coliformes e/ou Mesófilos aeróbicos é reduzida a contagem ao valor permitido na norma mexicana NOM-244-SSA1-2008.

[0086] Com os dados de efetividade se determina o tempo mínimo de residência da água no recipiente de armazenamento onde se encontra o dispositivo de purificação.Tabela 1

[0087] Resumo da média de três determinações para Coliformes totais e Mesófilos aeróbicos com relação à NOM-244-SSA1-2008 do sistema de íons de prata coloidal suportada no substrato cerâmico em forma de esferas denominado ION Ag+. Os testes foram realizados pelo Instituto Mexicano de Tecnologia da Água.

[0088] Dos resultados destes testes se conclui:a) O parâmetro de Coliformes totais que considera a norma apresentou uma média de 99,99% de redução bacteriana empregando o sistema Ion Ag+, o qual representa um TESTE DE POTABILIDADE ACEITÁVEL.b) O parâmetro de Mesófilos aeróbicos que considera a norma apresentou uma média equivalente a 98,5% de redução bacteriana empregando o sistema Ion Ag+, o qual representa um TESTE DE POTABILIDADE ACEITÁVEL.

[0089] Cabe esclarecer que o recipiente de armazenamento é o reservatório, a cisterna ou outro depósito que se utilize na casa, instalação comercial ou de outro tipo sem a necessidade de nenhum outro elemento de armazenamento de água.

Claims (20)

1. DISPOSITIVO PARA PURIFICAÇÃO E DESINFECÇÃO DE ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO, que se coloca dentro de tanques de armazenamento de água tais como reservatórios e/ou cisternas, caracterizado por compreender: um elemento superior (100), que possui forma de paralelepípedo ou cilindro, o qual se está interconectado com um elemento inferior e em cujo interior (117) se aloja um flutuador (122); um elemento inferior (117) que se interconecta ao elemento superior (100) mediante uniões de pressão (118 e 121); um ou mais flutuador (122), que se coloca no interior do elemento superior (100), o qual se utiliza para dar flutuabilidade ao dispositivo e permite que este se mantenha na posição vertical; um ou mais suporte de alojamento (113) que se encontra interconectado ao elemento inferior (117) mediante uniões de pressão (110 e 119), o qual tem forma de jaula aberta e possui uma ou mais cavidade (112), onde se aloja em seu interior como um elemento de desinfecção (123); e, um ou mais elemento de desinfecção (123), que se aloja no interior de uma cavidade (112) do suporte de alojamento (113) o qual possui uma forma preferivelmente esférica; onde a cavidade (112) do suporte de alojamento (113) em que se encontra alojado o elemento de desinfecção (123) evita o desgaste do dito elemento de desinfecção (123), assegurando a máxima exposição do dito elemento de desinfecção (123) da água que vai ser purificada e desinfetada; onde devido à forma que possui o suporte de alojamento (113), se podem acoplar vários suportes de alojamento (113) na direção vertical, formando uma coluna, o que permite adequar a capacidade do presente dispositivo para purificação e desinfecção de água para consumo humano; e, onde o dito dispositivo se mantém em uma posição vertical estável devido a seu centro de gravidade se encontrar abaixo do flutuador (122).

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) ser um elemento de material cerâmico de tipo gama, de porosidade limitada, recoberto por prata coloidal, o qual libera íons de prata em contacto com a água.

3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo material de recobrimento do elemento de desinfecção (123), além da prata coloidal, conter um agente desinfetante de liberação lenta e prolongada com ação bactericida sinérgica com a ação da prata coloidal.

4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) ser um elemento com carvão ativado absorvente de odores, sabores e cloro residual.

5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) ser um elemento com resinas de troca iônica de tipo catiônico, selecionadas por sua capacidade de remover metais pesados presentes na água a ser tratada.

6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) ser um elemento que contém suavizadores da água de ação prolongada, selecionados entre a família dos zeólitos.

7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1 a 7, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) ser um elemento formado por uma composição de cobre e zinco em forma de escamas, rebarbas ou lascas metálicas.

8. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizado por conter distintas combinações de elementos de desinfecção (123) em um ou mais suportes de alojamento (113).

9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito flutuador (122) ser construído de um material plástico espumável selecionado, preferivelmente, entre polietileno expandido e/ou poliestireno expandido.

10. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito dispositivo consistir em um elemento superior (100), um elemento inferior (117), um ou mais suporte de alojamento (113) e um ou mais elemento de desinfecção (123).

11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento superior (100), o elemento inferior (117) e o suporte de alojamento (113) se encontram construídos de um material plástico que se seleciona do grupo que compreende poliolefinas, poliestireno, poliestireno de alto impacto, cloreto de polivinila de grau compatível com a água para consumo humano, terpolímero de acrilonitrila butadieno estireno (ABS), polimetil metacrilato, poliéster, tereftalato de polietileno (PET), policarbonato, poliamidas, ou outros polímeros termoplásticos ou termofixos compatíveis com a água para consumo humano, seja como único componente ou em combinações de mais de um, onde os polímeros podem conter ou não cargas inertes para melhorar suas propriedades mecânicas e sua estabilidade.

12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos ditos polímeros poderem conter pigmentos para evitar sua degradação devido à luz solar, onde os ditos pigmentos são selecionados entre o grupo formado por negro de fumo, dióxido de titânio, caulim, carbonato de cálcio natural ou precipitado.

13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos polímeros conterem pigmentos de distintas cores, compatíveis para o consumo humano, que permitem determinar tanto a posição de cada elemento polimérico (elemento superior (100), elemento inferior (117) e/ou suporte de alojamento (113)) dentro do dispositivo, assim como o tipo de elemento de desinfecção (123) que contém cada suporte de alojamento (113).

14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se o número de suportes de alojamento (113) for maior que 4, é colocado um flutuador adicional (122) por cada 4 suportes de alojamento (113), com o fim de manter a efetividade e a flutuabilidade do dito dispositivo.

15. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo elemento de desinfecção (123) apresentar uma forma não esférica, tal como cilindros ou corpos com aparências planas ou corpos amorfos.

16. MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM ELEMENTO DE DESINFECÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA PURIFICAÇÃO E DESINFECÇÃO DE ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO, conforme definido na reivindicação 1, dito dispositivo incluindo um elemento superior (100), um elemento inferior (117), um ou mais flutuador (122), um ou mais suporte de alojamento (113) e um ou mais elemento de desinfecção (123), caracterizado por compreender as etapas de: moldar a partir de cerâmica não queimada e úmida, preferivelmente de alumina, na forma do elemento de desinfecção (123) em tamanhos crescentes camada por camada, com o que se obtém uma forma esférica não perfeita nem lisa, a qual produz uma maior área superficial, com uma maior quantidade de microporos, onde a dita cerâmica não queimada pode conter óxidos de magnésio, de silício, de zircônio e outros compostos; secar sob condições controladas de temperatura e umidade, os elementos de desinfecção (123) que ainda não atingiram o tamanho desejado, onde os valores de temperatura utilizados se encontram entre 10°C e 80°C, e mais especificamente entre 18°C e 40°C, e os valores de umidade relativa se encontram entre 5% e 70%, e mais especificamente entre 10% e 50% de umidade; calcinar os elementos de desinfecção (123), uma vez que a cerâmica tiver alcançado uma umidade entre 0,5% e 20%, e mais especificamente entre 0,5% e 10%; repetir ciclicamente as etapas de secagem e calcinação, adicionando a cada vez, uma camada de cerâmica até alcançar um tamanho de elemento de desinfecção (123) de entre 20 mm e 45 mm de diâmetro, e mais especificamente de 25 mm; e, uma vez obtido o tamanho desejado, confirmar a estrutura de alumina gama e a porosidade mediante um processo de adsorção e finalmente por inspeção por microscopia.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelos elementos de desinfecção (123), em sua forma suave, receberem um puncionamento antes de sua calcinação, para gerar um ou mais um poro adicional de tamanho visível e até em uma quantidade que fisicamente seja factível de ser produzida em sua superfície.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pela etapa de moldagem ser realizada com meios mecânicos.

19. MÉTODO, obtido de acordo com o método descrito na reivindicação 16, caracterizado por compreender as etapas de: submergir o elemento de desinfecção (123) em uma solução aquosa de um sal de prata solúvel extrair o elemento de desinfecção (123) a partir da solução; secar o elemento de desinfecção (123) em uma temperatura decrescente de 350°C a 60°C e mais especificamente de 300°C a 80°C em uma atmosfera redutora para fixar a impregnação de prata coloidal secar o elemento de desinfecção; e reduzir a prata a prata elementar em estado coloidal mediante um reagente de redução em ausência de ar, onde o método se repete de 2 a 5 vezes até alcançar a espessura e a uniformidade desejadas da película de prata coloidal sobre o elemento de desinfecção (123).

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo sal de prata solúvel ser selecionado a partir de nitrato de prata, tiossulfato de prata, ou outro sal solúvel em uma concentração entre 20% e 50% de prata coloidal.

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