BR112017013276B1

BR112017013276B1 - Bocal otimizado para injetar água pressurizada que contém um gás dissolvido

Info

Publication number: BR112017013276B1
Application number: BR112017013276-1A
Authority: BR
Inventors: Thomas Thouvenot; Nathalie VIGNERON-LAROSA; Nicolas Roux
Original assignee: Veolia Water Solutions & Technologies Support
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2022-04-12
Also published as: JP6824170B2; NZ732887A; RU2017125940A; US20170349453A1; SG11201704955TA; RU2701533C2; BR112017013276A2; DK3237336T3; PL3237336T3; US10626024B2; CN107207287B; AU2015370940B2; TN2017000247A1; FR3031099B1; EP3237336B1; MX2017008134A; RU2017125940A3; EP3237336A1; MA41240A; AR103274A1

Abstract

BOCAL OTIMIZADO PARA INJETAR ÁGUA PRESSURIZADA QUE CONTÉM UM GÁS DISSOLVIDO. Trata-se de um bocal para injetar água pressurizada que contém um gás dissolvido, sendo que o dito bocal compreende: - uma câmara de admissão cilíndrica (20) para a dita água; - uma câmara de expansão cilíndrica (30) que compreende uma parte (301) que se comunica com a dita câmara de admissão (20) por um orifício (401) e uma saída; - uma câmara de difusão (60) de seção cônica truncada que se comunica com a saída da dita câmara de expansão (30) e se alarga a partir da dita câmara de expansão; sendo que o dito bocal compreende meios para colocar a corrente de água que flui para fora da dita câmara de expansão (30) em rotação.

Description

[001] 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[002] O campo da invenção é aquele dos métodos e dispositivos para tratar efluentes líquidos por flutuação.

[003] 2. TÉCNICA ANTERIOR

[004] Muitos métodos para tratar efluentes líquidos incluem uma etapa de flutuação, que segue geralmente as etapas de coagulação e floculação.

[005] A flutuação é uma técnica que visa separar as partículas na suspensão em um efluente líquido.

[006] Para essa finalidade, a água pressurizada que contém um gás dissolvido tal como ar é injetada através de bocais 1 na base da zona de flutuação 2 de um reator de flutuação dentro do qual o efluente a ser tratado é transportado através de um cano de entrada 3. Sob o efeito de expansão do gás dissolvido na água, microbolhas de gás são formadas no efluente a ser tratado. Essas microbolhas, ao subir para a superfície do efluente a ser tratado, aderem às partículas na suspensão, que essencialmente assumem a forma de flocos, e levam as mesmas consigo. Essas partículas às quais as microbolhas são anexadas são então chamadas de aglomerados de bolha de floco. A mistura de efluente e aglomerados passa da zona de flutuação 2 para a zona de separação 4 do reator. Essas duas zonas são separadas entre si por uma parede vertical 7. As partículas na suspensão são separadas desse modo na zona de separação 4. O efluente tratado é descarregado na parte inferior da zona de separação 4 através de um cano 5 planejado para esse propósito. As partículas separadas do efluente para sua parte são descarregadas na parte superior do reator através de uma calha 6 fornecida para esse propósito.

[007] De modo a injetar água pressurizada que contém gás dissolvido no efluente a ser tratado, bocais de injeção são usados. Os mesmos são distribuídos uniformemente na parte inferior da zona de flutuação do reator de flutuação.

[008] Conforme mostrado na Figura 2, que ilustra um bocal de injeção desenvolvido pelo Depositante, tal bocal de injeção compreende:

[009] - uma câmara de admissão cilíndrica 10 para água pressurizada que compreende uma entrada 100 e uma saída 101;

[010] - uma câmara de expansão cilíndrica 11 que compreende uma entrada 110 que se comunica com a câmara de admissão 10 por um orifício 12;

[011] - uma câmara de difusão 13, cuja seção compreende um ou mais cones truncados de revolução que se estende na sustentação uns dos outros e que se alargam da câmara de expansão à saída do bocal e se comunicam com a câmara de expansão 11 por meio de aberturas 14 distribuídas uniformemente ao redor do eixo geométrico de revolução do bocal.

[012] Industrialistas no setor de tratamento de líquido efluente não cessaram em aumentar a produtividade de suas plantas de tratamento. Para essa finalidade, os mesmos buscam aumentar a velocidade de passagem dos efluentes a serem tratados dentro da planta de tratamento para alcançar as velocidades frontais de efluente de acima de 30 a 40 m/h na zona de separação do reator de flutuação. Mais especificamente, a velocidade frontal do efluente é uma velocidade do efluente na zona situada acima da parede vertical 7 que separa a zona de flutuação 2 da zona de separação 4.

[013] A velocidade máxima de passagem permissível para um efluente a ser tratado em um reator de flutuação depende da capacidade de flutuação das partículas na suspensão a serem separadas e das microbolhas que são anexadas às mesmas pelo topo, isto é, dos aglomerados.

[014] De modo a promover a adesão de microbolhas de gás às partículas na suspensão, os elementos versados na técnica buscam convencionalmente produzir as menores microbolhas possível, isto é, microbolhas que têm um diâmetro equivalente de menos do que 100 micrômetros.

[015] Essa abordagem, no entanto, tende a reduzir a flutuabilidade dos aglomerados devido a um número máximo de microbolhas anexáveis por floco e, portanto, para reduzir a velocidade de tratamento. Isso é incompatível com as metas dos industrialistas que devem aumentar a velocidade de tratamento.

[016] A partir do ponto de vista oposto, o uso de grandes microbolhas, portanto, com um diâmetro equivalente maior do que 200 micrômetros, torna possível aumentar a flutuabilidade dos aglomerados. Isso poderia induzir a um aumento da velocidade de tratamento. No entanto, isso induz a um risco de quebra dos flocos de matéria a ser eliminada e também induz a alto consumo geral.

[017] A lei de Stokes torna possível relacionar a velocidade de tratamento do efluente dentro de um reator de flutuação ao tamanho das microbolhas, à medida que o mesmo é ilustrado pela curva da Figura 3. Conforme pode ser observado nessa curva, o diâmetro ideal das microbolhas necessárias para garantir a flutuação eficiente sem nenhum risco de transportar consigo microbolhas com o efluente tratado ou de quebra dos flocos, para uma velocidade de passagem do efluente a ser tratado no reator de cerca de 30 m/h, está na faixa de 140 micrômetros. Conforme também pode ser observado nessa curva, o diâmetro ideal das microbolhas para garantir flutuação eficiente sem nenhum risco de levar consigo microbolhas com o efluente tratado ou da quebra dos flocos para uma velocidade de passagem do efluente a ser tratado no reator de cerca de 50 m/h está na faixa de 190 micrômetros.

[018] Desse modo, para garantir flutuação eficiente e veloz, o tamanho das microbolhas deve ser entre 100 e 200 micrômetros.

[019] No entanto, não há bocal de injeção que possa ser usado para maximizar a produção de microbolhas que não são nem muito pequenas nem muito grandes, isto é, possibilitando o aumento da proporção das microbolhas produzidas com um diâmetro de 100 a 200 micrômetros, possibilitando desse modo, consequentemente, a realização de flutuação veloz e eficaz.

[020] 3. OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[021] A invenção visa fornecer especialmente uma solução eficiente para pelo menos alguns desses problemas difíceis.

[022] Em particular, de acordo com pelo menos uma modalidade, é um objetivo da invenção fornecer uma técnica que otimiza o tratamento por flutuação.

[023] Em particular, a invenção visa, de acordo com pelo menos uma modalidade, fornecer uma técnica desse tipo que aumente a velocidade de tratamento por flutuação enquanto, ao mesmo tempo, evita que microbolhas de gás sejam levadas consigo no efluente tratado.

[024] É outro objetivo da invenção, de acordo com pelo menos uma modalidade, fornecer uma técnica desse tipo que aprimora a produção de microbolhas que têm um diâmetro de 100 a 200 micrômetros.

[025] É um objetivo da invenção, em pelo menos uma modalidade, fornecer uma técnica desse tipo que seja simples e/ou eficiente e/ou confiável e/ou econômica.

[026] 4. APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[027] Para essa finalidade, a invenção propõe um bocal para injetar água pressurizada que contém um gás dissolvido, sendo que o dito bocal compreende:

[028] - uma câmara cilíndrica para a admissão da dita água;

[029] - uma câmara de expansão cilíndrica que compreende uma entrada que se comunica com a dita câmara de admissão por um orifício e uma saída;

[030] - uma câmara de difusão de seção cônica truncada que se comunica com a saída da dita câmara de expansão e se alarga a partir da dita câmara de expansão

[031] sendo que o dito bocal compreende meios para colocar a corrente de água que flui para fora da dita câmara de expansão em rotação.

[032] A corrente que flui da câmara de expansão é, desse modo, colocada em rotação em torno do eixo geométrico da câmara de expansão, isto é, em torno do eixo geométrico do bocal. Isso dissipa sua energia e aprimora a aderência subsequente das microbolhas com os flocos enquanto evita uma injeção de água límpida excessivamente turbulenta na corrente a ser tratada e, portanto, uma quebra dos flocos. Isso também redireciona e dispersa a corrente dentro da câmara de difusão ou câmaras para melhor contato com a parede de difusão e uma continuação da dissipação de energia.

[033] Desse modo, a formação de microbolhas de um diâmetro de 100 a 200 micrômetros, é favorecida.

[034] Em uma modalidade particular, a dita saída da dita câmara de expansão compreende pelo menos duas aberturas distribuídas uniformemente em torno do eixo geométrico de revolução da dita câmara de expansão, sendo que cada uma das ditas aberturas que se estende ao longo de um eixo geométrico é:

[035] - situada em um plano paralelo ao eixo geométrico de revolução da dita câmara de expansão, e

[036] - inclinada em relação ao eixo geométrico de revolução da dita câmara de expansão,

[037] sendo que os eixos geométricos das ditas aberturas são inclinados em um mesmo sentido de modo a colocar a corrente de água que flui da dita câmara de expansão em rotação ao longo do dito sentido.

[038] Essa implantação contribui para maximizar a formação de microbolhas, cujo diâmetro varia de 100 a 200 micrômetros, de maneira simples e eficiente.

[039] De acordo com uma modalidade particular, o ângulo Y da dita câmara de difusão cônica truncada em relação ao seu eixo geométrico de revolução e o ângulo α de inclinação das ditas aberturas são escolhidos para manter um tamanho de bolha que varia essencialmente de 100 a 200 micrômetros na saída da dita câmara de difusão.

[040] A escolha desses valores de ângulos também contribui para maximizar de forma simples e eficaz a formação de microbolhas que têm um diâmetro de 100 a 200 micrômetros.

[041] De acordo com uma característica particular da invenção, o dito bocal compreende uma agulha colocada na dita câmara de expansão voltada ao dito orifício e que aponta em sua direção.

[042] Desse modo, de acordo com esse aspecto, a invenção consiste em colocar uma agulha no eixo geométrico orientada para o orifício que conecta a câmara de admissão e a câmara de expansão de um bocal para injetar água pressurizada que contém um gás dissolvido.

[043] A presença da agulha torna possível:

[044] - distribuir de modo homogêneo a água pressurizada dentro da câmara de expansão,

[045] - aumentar a superfície de nucleação e, desse modo, aumentar a homogeneidade do tamanho das microbolhas.

[046] De acordo com uma característica particular da invenção, um bocal pode compreender meios para sustentar a colocação da dita corrente em rotação, sendo que os ditos meios para sustentação são alojados na dita câmara de difusão.

[047] Isso permite que a corrente que flui no bocal mantenha seu movimento rotacional. Isso aprimora a aderência subsequente das microbolhas aos flocos enquanto continua a dissipar a energia da corrente injetada: a corrente é estabilizada ao limitar a turbulência.

[048] Nesse caso, os ditos meios para sustentação poderiam incluir pelo menos duas lâminas que se estende do eixo geométrico de revolução da dita câmara de difusão até seu contorno periférico e que são distribuídos uniformemente em torno desse eixo geométrico, sendo que cada uma das ditas lâminas se estende em um plano que atravessa um eixo geométrico perpendicular ao eixo geométrico de revolução da dita câmara de difusão e inclinado no dito sentido.

[049] De acordo com uma característica particular da invenção, um bocal pode compreender pelo menos uma câmara de difusão intermediária cônica truncada colocada entre a dita câmara de expansão e a dita câmara de difusão, e que tem uma seção que se amplia na direção da câmara de difusão.

[050] A implantação de uma câmara de difusão intermediária evita os fluxos azimutais em formato de redemoinho também chamados de fluxos de recirculação.

[051] Há um risco de que um cone com uma abertura excessivamente grande não conterá essa corrente e reduzirá um fluxo de recirculação nas paredes devido ao fato de que um fluido injetado com um alto diferencial de velocidade em um meio em repouso (em comparação ao fluido injetado) seguirá em movimento de redemoinho. Essa câmara de difusão intermediária, portanto, guia o fluido e evita esses “fluxos de recirculação” similares a redemoinho que estão substancialmente presentes no caso de injeção conhecida como injeção anular (que é o caso aqui visto que a corrente é distribuída em torno de um eixo geométrico através das aberturas).

[052] De acordo com uma característica particular da invenção, um bocal pode compreender entradas de água lateral situadas entre a dita câmara de difusão e a dita câmara de difusão intermediária.

[053] O efluente a ser tratado contém partículas na suspensão que constituem, dentro do bocal, locais de nucleação que são o assentamento da formação de microbolhas. Desse modo, a formação de ar microbolhas é aumentada.

[054] Nesse caso, o diâmetro de entrada da dita câmara de difusão poderia ser maior do que o diâmetro de saída da dita câmara de difusão intermediária, sendo que a entrada da dita câmara de difusão sobrepõe a saída da dita câmara de difusão intermediária para criar espaços entre as ditas câmaras, sendo que os ditos espaços constituem as ditas entradas de água lateral.

[055] De acordo com uma característica particular da invenção, o ângulo Y da dita câmara de difusão cônica truncada em relação ao seu eixo geométrico de revolução e o ângulo β da dita câmara de difusão intermediária em relação ao seu eixo geométrico de revolução são idênticos.

[056] De acordo com uma característica particular da invenção, o ângulo Y da dita câmara de difusão cônica truncada em relação ao seu eixo geométrico de revolução é maior do que o ângulo β da dita câmara de difusão intermediária em relação ao seu eixo geométrico de revolução.

[057] De acordo com uma característica particular da invenção, o valor dos ângulos Y e β varia de 0 a 30°.

[058] De acordo com uma característica particular da invenção, o ângulo α de inclinação das ditas aberturas (901) varia de 20° a 60°.

[059] De acordo com uma característica particular da invenção, o ângulo Φ de inclinação das ditas lâminas (70) varia de 20° a 60°.

[060] 5. LISTA DE FIGURAS

[061] Outros recursos e vantagens da invenção aparecerão a partir da seguinte descrição de modalidades particulares dadas por meio de exemplos ilustrativos simples e não exaustivos e a partir dos desenhos anexos, nos quais:

[062] - A Figura 1 ilustra o diagrama de um reator de flutuação;

[063] - A Figura 2 ilustra uma vista em seção longitudinal de um bocal de injeção de acordo com a técnica anterior;

[064] - A Figura 3 ilustra a ligação entre o diâmetro das microbolhas e a velocidade de passagem de um efluente a ser tratado em um reator de flutuação de acordo com a lei de Stokes;

[065] - A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva de um bocal de acordo com uma primeira modalidade da invenção,

[066] - A Figura 5 ilustra uma vista em seção longitudinal do bocal ilustrado na Figura 4;

[067] - As Figuras 6 e 7 ilustram dois detalhes da Figura 5;

[068] - A Figura 8 ilustra uma vista de topo do bocal das Figuras 4 e 5;

[069] - A Figura 9 ilustra uma vista em seção longitudinal de um bocal de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

[070] - A Figura 10 ilustra uma vista em corte transversal do bocal da Figura 9 de acordo com um plano que atravessa as entradas de água lateral;

[071] - A Figura 11 ilustra as curvas que mostram o tamanho das microbolhas formadas pela implantação de um bocal de técnica anterior e um bocal de acordo com a invenção.

[072] 6. DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PARTICULARES

[073] 6.1. ARQUITETURA

[074] O fundo, a base ou a entrada do bocal designam a extremidade pela qual a água pressurizada entra no bocal. O topo ou a saída do bocal designam a extremidade pela qual a água pressurizada expandida sai do bocal.

[075] 6.1.1 PRIMEIRO TIPO

[076] Em referência às Figuras 4 a 8, é apresentada uma primeira modalidade de um bocal de injeção de acordo com a invenção.

[077] Desse modo, conforme mostrado nessas Figuras, tal bocal compreende uma câmara de admissão 20 através da qual água pressurizada que contém gás dissolvido pode ser introduzida no bocal. Essa câmara de admissão 20 compreende uma entrada 200 e uma saída 201. A mesma uma seção cilíndrica de revolução. Nessa modalidade, a altura da câmara de admissão 20 é igual a 3/2 vezes seu diâmetro D.

[078] O diâmetro D varia preferencialmente de 10 a 50 mm.

[079] O diâmetro d do orifício 401 varia preferencialmente de 2 a 6 mm.

[080] O bocal também compreende uma câmara de expansão 30.

[081] A câmara de expansão 30 se estende na sustentação da câmara de admissão 20 e no mesmo eixo geométrico. A mesma uma seção cilíndrica de revolução. A mesma é separada da câmara de admissão 20 por uma parede 40. A mesma compreende uma entrada 301 que se comunica com a saída 201 da câmara de admissão 20 por meio de um orifício 401 atravessado na parede 40 ao longo do eixo geométrico longitudinal da câmara de expansão 30. Nessa modalidade, a espessura da parede 40 é igual ao diâmetro d do orifício 401, a espessura da câmara de expansão 30 é igual ao diâmetro d do orifício 401, o diâmetro da câmara de expansão 30 é igual ao da câmara de admissão 20.

[082] O bocal compreende uma câmara de difusão intermediária 50 que se estende na sustentação e no eixo geométrico da câmara de expansão 30. Em uma variante, diversas câmaras de difusão intermediárias poderiam ser implantadas na sustentação umas das outras. Essa câmara de difusão tem o formato de um cone truncado. A mesma é separada da câmara de expansão 30 por uma parede 90 cruzada pelas aberturas 901 que constituem a saída da câmara de expansão 30 e a entrada da câmara de difusão intermediária 50. A câmara de expansão 30 e a câmara de difusão intermediária 50 se comunicam entre si por meio das aberturas 901. Nessa modalidade, a espessura da parede 90 é igual ao diâmetro d do orifício 401, a distância entre o eixo geométrico de revolução da câmara de difusão intermediária 50 e a extremidade de cada abertura 901 colocada em direção à mesma é igual a um quarto do diâmetro D da câmara de admissão 20. Nessa modalidade novamente, as aberturas 901 têm uma seção quadrada, cujo lado é igual ao diâmetro d do orifício 401. Cada abertura 901 se estende ao longo de um eixo geométrico:

[083] - situada em um plano paralelo ao eixo geométrico de revolução da câmara de expansão, e

[084] - inclinada relativamente ao eixo geométrico de revolução da câmara de expansão,

[085] Os eixos geométricos das aberturas 901 são inclinados em um mesmo sentido de modo a colocar em rotação, nesse sentido, a corrente de água que flui da câmara de expansão conforme será explicado em mais detalhes aqui abaixo.

[086] Nessa modalidade, o valor do ângulo α de inclinação das aberturas 901 em relação à superfície superior da parede 90 é igual a 45°. As aberturas 901 são quatro em número no presente documento. As mesmas são distribuídas uniformemente em torno do eixo geométrico de revolução da câmara de expansão 30.

[087] O diâmetro da base da câmara de difusão intermediária 50 é igual ao da câmara de expansão 30. Nessa modalidade, o ângulo β do cone truncado em relação ao seu eixo geométrico de revolução é igual a 7°. Esse cone truncado se amplia da câmara de expansão 30 para a saída da câmara de difusão intermediária 50. Nessa modalidade, a altura da câmara de difusão intermediária 50 é igual a 3/2 vezes o diâmetro D da câmara de admissão 20.

[088] A câmara de expansão 30 aloja uma agulha 80. Essa agulha se projeta da superfície da parede 90 e se volta e aponta para o orifício 401. A agulha 30 é, portanto, um elemento apontado que se projeta fora da superfície da parede 90 e aponta no eixo geométrico e em direção ao orifício 401. A altura da agulha 80 é igual à altura da câmara de expansão. O diâmetro da base da agulha é aproximadamente igual a 6/10 do diâmetro do orifício 401.

[089] O bocal compreende uma câmara de difusão 60 que se estende na sustentação da câmara de difusão intermediária 50 e no mesmo eixo geométrico. O mesmo tem o formato de um cone truncado de revolução, cujo ângulo Y em relação ao seu eixo geométrico de revolução, é igual a 15° nessa modalidade. Esse cone truncado se amplia da câmara de expansão intermediária 50 em direção à saída da câmara de difusão 60. O diâmetro de sua base é igual ao diâmetro final da câmara de difusão intermediária 50. Nessa modalidade, a altura da câmara de difusão 60 é igual a duas vezes o diâmetro D da câmara de admissão 20.

[090] A câmara de difusão 60 aloja as lâminas 70 também chamadas de pastilhas. Essas lâminas 70 são distribuídas uniformemente em torno do eixo geométrico de revolução da câmara de difusão 60. As mesmas podem se estender, cada uma, desse eixo geométrico até a parede periférica da câmara de difusão 60. Nessa modalidade, as mesmas são quatro em número. Cada lâmina 70 se estende ao longo de um plano que atravessa um eixo geométrico perpendicular ao eixo geométrico de revolução da câmara de difusão 60 e inclinado no sentido de rotação da corrente de água, na saída da câmara de expansão. O ângulo 9 de inclinação das lâminas 70 é, nessa modalidade, igual a 45° em relação ao plano horizontal ou a um plano perpendicular ao eixo geométrico do bocal.

[091] Nessa modalidade:

[092] - a largura horizontalmente projetada das lâminas 70 é igual a um quarto do diâmetro D da câmara de admissão 20;

[093] - a altura verticalmente projetada das lâminas 70 é igual a um quarto do diâmetro D da câmara de admissão 20;

[094] - a altura de seu eixo geométrico longitudinal em relação à base da câmara de difusão 60 é igual ao diâmetro da câmara de admissão 20.

[095] Nessa modalidade, o diâmetro D da câmara de admissão 20 é igual a 27 mm e o diâmetro D do orifício 401 é igual a 3,5 mm.

[096] As faixas de operação do dito bocal são preferencialmente 0,3 a 1 Mpa (3 a 10 bars) de pressão e 0,3 a 3m3/h de taxa de fluxo.

[097] 6.1.2 SEGUNDO TIPO

[098] Em referência às Figuras 9 e 10, é apresentada uma segunda modalidade de um bocal de acordo com a invenção. Somente as diferenças entre o bocal de acordo com a primeira modalidade e o bocal de acordo com essa segunda modalidade são descritas em detalhes aqui.

[099] De acordo com essa modalidade, o bocal compreende entradas de água lateral 100 situadas entre a câmara de difusão 60 e a câmara de difusão intermediária 50.

[100] Para essa finalidade, o diâmetro de entrada da câmara de difusão 60 é maior do que a diâmetro de saída da câmara de difusão intermediária 50 e a base da câmara de difusão 60 sobrepõe a saída da câmara de difusão intermediária 60 de modo que os mesmos criem mutuamente espaços entre os mesmos que constituem as entradas de água lateral 100. Um espaço é, desse modo, preparado entre a câmara de difusão 60 e a câmara de difusão intermediária 50 para constituir as entradas de água lateral 100. Suportes 101 são interpostos entre a câmara de difusão 60 e a câmara de difusão intermediária 50 para conecta-los mutuamente em intervalos regulares.

[101] A altura de sobreposição da câmara de difusão 60 e a câmara de difusão intermediária 50 nessa modalidade é igual a um quarto do diâmetro D da câmara de admissão 20, enquanto a distância entre as paredes da câmara de difusão 60 e a câmara de difusão intermediária 50 na zona de sobreposição é igual a um sexto do diâmetro D da câmara de admissão 20.

[102] Nessa modalidade, os ângulos dos cones truncados da câmara de difusão 60 e da câmara de difusão intermediária 50 são idênticos e iguais a 7°.

[103] 6.2. OPERAÇÃO

[104] 6.2.1 BOCAL DO PRIMEIRO TIPO

[105] Os bocais de acordo com a invenção devem ser colocados na base de um reator de flutuação de modo a tratar um efluente líquido por flutuação.

[106] Durante tal tratamento, a água pressurizada que contém gás dissolvido tal como ar é introduzido em cada bocal pela câmara de admissão 20.

[107] A água pressurizada então atravessa o orifício 401 e penetra na câmara de expansão 30 dentro do qual a mesma é submetida a alta perda de carga e se expande gerando a formação de microbolhas de ar. A presença da agulha 80 permite:

[108] - a distribuição homogênea de água pressurizada dentro da câmara de expansão;

[109] - o aumento da superfície de nucleação e, desse modo, o aprimoramento da homogeneidade do tamanho das microbolhas.

[110] A água continua a se deslocar dentro do bocal ao atravessar as aberturas 901 para penetrar no interior da câmara de difusão intermediária 50.

[111] Devido à inclinação das aberturas 901 que forma as bordas chanfradas, sendo que a corrente sai da câmara de expansão é colocada em rotação. Isso dissipa sua energia e aprimora a aderência subsequente das microbolhas aos flocos. Isso também redireciona e dispersa a corrente entre a câmara de difusão e câmara de difusão intermediária.

[112] A corrente continua a se mover no bocal, fluindo através das câmaras de difusão intermediárias 50, cuja implantação evita fluxos azimutais similar a redemoinho reanexando a corrente à parede.

[113] A corrente então parra à câmara de difusão 60, cuja implantação retarda a corrente ao dissipar sua energia, enquanto, ao mesmo tempo, oferece contato com a parede do bocal. Dissipar a energia fornece para uma aderência melhor entre os flocos e as bolhas na saída a partir do bocal e, desse modo, evita que os flocos se quebrem. A corrente flui ao longo das lâminas 70, cuja implantação torna possível preservar um movimento rotacional. Isso também aprimora a aderência subsequente das microbolhas com os flocos.

[114] Uma mistura de água e microbolhas também chamada de água límpida então emerge do bocal através da extremidade da câmara de difusão 60.

[115] O uso de aberturas inclinadas permite a produção de microbolhas de tamanhos cujo diâmetro varia de 100 a 200 micrômetros. As aberturas devem ser inclinadas de tal modo que as partículas na suspensão encontrem necessariamente a superfície superior de seu contorno. O ângulo ideal de inclinação é, portanto, menor do que 45°, mas pode variar de 20° a 60°. A rotação induzida pelas aberturas inclinadas, desse modo, torna possível fazer com que as microbolhas e partículas se encontrem menos violentamente do que em uma corrente turbulenta e, desse modo, torna possível criar microbolhas maiores.

[116] A agulha não é indispensável, mas homogeneíza a produção de microbolhas aumentando-se os números de locais de nucleação.

[117] Desse modo, evita-se a formação de microbolhas excessivamente pequenas ou microbolhas excessivamente grandes que não fornecem flutuação rápida e eficiente.

[118] 6.2.2 BOCAIS DO SEGUNDO TIPO

[119] O funcionamento de um bocal de acordo com a segunda modalidade é idêntico ao da primeira modalidade exceto pelo fato de que, sob o efeito do movimento da água pressurizada dentro do bocal, o efluente circundante a ser tratado no qual o bocal é imerso é espirado por baixa pressão no bocal nas entradas de água lateral 100.

[120] O efluente a ser tratado contém partículas suspensas que constituem, dentro do bocal, locais de nucleação que são o assentamento de formação das microbolhas.

[121] Desse modo, a formação de ar microbolhas é aumentada.

[122] 6.3. RESULTADOS

[123] Testes comparativos foram realizados por um lado com bocais de acordo com a técnica anterior e, por outro lado, com bocais de acordo com a primeira modalidade.

[124] Durante esses testes, o diâmetro da câmara de admissão dos bocais foi igual a 27 mm, e o diâmetro do orifício foi igual a 3,5 mm e o diâmetro da agulha 80 foi igual a 2 mm. A pressão da água pressurizada em sua entrada na câmara de admissão foi igual a 0,5 Mpa (5 bars) e sua taxa de fluxo foi igual a 0,74 m3/h.

[125] A curva da Figura 11 que ilustra os resultados obtidos mostram que os bocais de acordo com a invenção permitem a produção de uma maioria de microbolhas com um tamanho grande o suficiente para garantir de modo eficaz a flutuação com uma velocidade da passagem do efluente a ser tratado no reator de mais do que 50 m/h. De fato, a maior parte das microbolhas formadas pelo bocal de acordo com a invenção tem um tamanho próximo ao tamanho ideal para uma velocidade de 50 m/h computado pela lei de Stokes; microbolhas formadas por bocais de acordo com a técnica anterior têm uma parte da população abaixo desse limiar e, portanto, não têm flutuabilidade suficiente para aumentar as velocidades de passagem nas estruturas de flutuação.

Claims

1. Bocal para injetar água pressurizada que contém um gás dissolvido em um sistema para tratamento de água caracterizado por compreender: (i) o sistema incluindo uma zona de flutuação para receber a água e uma zona de separação para separar partículas em suspensão na água; (ii) o bocal tendo um eixo central e configurado para injetar água pressurizada na zona de flutuação que forma microbolhas que se elevam em direção à superfície da água e que se agarram às partículas em suspensão na água, o referido bocal compreendendo: (iii) uma câmara de entrada (20) com uma entrada e uma saída para receber água pressurizada; (iv) uma câmara de expansão (30) projetada a partir da câmara de entrada (20) e configurada para receber água da câmara de entrada (20); (v) i) uma câmara de difusão (60) tendo uma parede externa alargada e projetando-se a partir da câmara de expansão (30); (vi) em que a câmara de expansão (30) é definida por uma primeira parede (40) que separa a câmara de expansão (30) da câmara de entrada e uma segunda parede (90) que separa a câmara de expansão (30) da câmara de difusão (60); (vii) em que a primeira parede (40) inclui pelo menos um orifício (401) para passar a água da câmara de entrada (20) para a câmara de expansão (30); (viii) uma ou mais aberturas angulares (901) formadas na segunda parede (90) e configuradas para direcionar um fluxo de água através da câmara de expansão (30) para a câmara de difusão (60) e depois a uma ou mais s aberturas angulare (901) configuradas para colocar em rotação a corrente de água que passa da câmara de expansão (30) para a câmara de difusão (60) de modo que a corrente de água gire através da câmara de difusão (60); (ix) ) em que as uma ou mais aberturas angulares (901) são inclinadas em relação a um eixo central do bocal; e (x) ii) uma série de lâminas rotativas (70) localizadas no bocal a jusante da câmara de expansão (30) para sustentar a rotação da corrente de água que passa através da câmara de difusão (60).

2. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma agulha (80) que se projeta da referida segunda parede (90) em direção a um orifício formado na primeira parede (40); e em que as lâminas (70) se estenderem de um eixo de rotação da câmara de difusão até um contorno periférico e em que as lâminas (70) são distribuídas uniformemente em torno do eixo e em que cada uma das lâminas (70) se estende através de um plano que é perpendicular ao eixo da câmara de difusão.

3. Bocal, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por existir uma série de aberturas angulares formadas na referida segunda parede e em que as aberturas estão uniformemente distribuídas em torno de um eixo central do bocal.

4. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a parede alargada da câmara de difusão (60) e o ângulo α da inclinação das referidas uma ou mais aberturas (901), formadas na segunda parede, serem configuradas para manter um tamanho de bolha variando de 100 a 200 micrômetros na saída da câmara de difusão.

5. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o ângulo Y da dita câmara de difusão (60), em relação ao eixo do bocal, e o ângulo α de inclinação das ditas uma ou mais aberturas (901) serem configuradas para manter um tamanho de bolha que varia de 100 a 200 micrômetros na saída da dita câmara de difusão (60).

6. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma câmara de difusão intermediária (50) que se projeta a partir da referida câmara de expansão (30), a referida câmara de difusão (60) se projeta a partir da referida câmara de difusão intermediária (50), a referida câmara de difusão intermediária (50) tendo uma parede que brilha para fora em relação à câmara de expansão (30), a referida segunda parede (90) que separa a câmara de expansão (30) da referida câmara de difusão intermediária (50) e inclui uma ou mais aberturas angulares (901) configuradas para colocar em rotação o fluxo de água que flui da câmara de expansão (30) através das uma ou mais aberturas (901) na câmara de difusão intermediária (60).

7. Bocal, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por tanto a câmara de difusão intermediária (50) e a câmara de difusão (60) assumirem uma forma cônica truncada.

8. Bocal, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por compreender entradas de água lateral (100) em torno de uma interface disposta entre a dita câmara de difusão (60) e a dita câmara de difusão intermediária (50).

9. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado por o diâmetro de entrada da dita câmara de difusão (60) ser maior do que o diâmetro de saída da dita câmara de difusão intermediária (50), sendo que a entrada da dita câmara de difusão (60) sobrepõe a saída da dita câmara de difusão intermediária (50) para criar espaços entre as ditas câmaras, sendo que os ditos espaços constituem as ditas entradas de água lateral (101).

10. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado por o ângulo y da dita câmara de difusão (60) em relação ao seu eixo central e o ângulo β da dita câmara de difusão intermediária (50) em relação ao eixo geométrico serem idênticos.

11. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado por o ângulo y da dita câmara de difusão (60) em relação ao eixo central ser maior do que o ângulo β da dita câmara de difusão intermediária (50) em relação ao eixo geométrico.

12. Bocal, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o o ângulo y ser um ângulo da referida câmara de difusão em relação ao eixo central e o ângulo β ser um ângulo da referida câmara de difusão intermediária (50) em relação ao eixo central, o ângulo y é maior que o ângulo β, e valor dos ângulos y e β variar de 0 a 30°.

13. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por a uma ou mais aberturas angulares (901) formarem um ângulo α de inclinação e em que o ângulo α de inclinação variar de 20° a 60°.

14. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por existir um ângulo 9 de inclinação das ditas lâminas (70) e em que o ângulo 9 varia de 20° a 60°.