BR112018002696B1 - Processo para tratar um fluxo de alimentação aquoso, sistema de osmose direta e solução de arraste para um processo de osmose direta - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA TRATAR UM FLUXO DE ALIMENTAÇÃO AQUOSO, SISTEMA DE OSMOSE DIRETA E SOLUÇÃO DE ARRASTE PARA UM PROCESSO DE OSMOSE DIRETA. O presente pedido fornece um sistema de osmose direta comutável e processos do mesmo. Em particular, este pedido fornece um processo para tratar um fluxo de alimentação aquosa que compreende: osmose direta usando uma solução de arraste aquosa que tem uma concentração de soluto de arraste (maior ou igual a) 20% em peso, em que o soluto de arraste compreende trimetilamina ionizada e um contraíon; sendo que o fluxo de alimentação: (i) compreende (maior ou igual a) 5% em peso de sólidos dissolvidos totais; (ii) está a uma temperatura de (menor ou igual a) 20°C; (iii) está a uma temperatura entre (maior ou igual a) 30°C e (menor ou igual a) 60°C; (iv) tem um pH ácido ou um pH básico; (v) compreende um teor orgânico; (vi) compreende sólidos suspensos; (vii) ou qualquer combinação de dois ou mais de i) a v). Também são fornecidos no presente documento o sistema e a solução de arraste relacionados para realizar o processo e diversos usos dos mesmos para tratar correntes de alimentação tipicamente difíceis de drenar.

Description

Campo da Invenção

[001] O presente pedido diz respeito ao campo de sistemas de tratamento de água. Mais particularmente, o presente pedido refere-se a um sistema de osmose direta comutável e composições e processos relacionados.

Antecedentes

[002] Um desafio que muitas indústrias enfrentam é a remediação ou eliminação de água servida gerada por processos industriais. A perfuração e a fraturação hidráulica em indústrias de petróleo e gás, por exemplo, geram água produzida, que pode ser difícil de tratar e está enfrentando restrições crescentes de eliminação. A água produzida é água de formações subterrâneas que é trazida para a superfície durante a produção de óleo ou gás. A produção de gás de xisto, por exemplo, pode gerar cerca de 94,63 a 3.785,41 litros (25 a 1.000 galões) de água produzida a cada 28.316,84 metros cúbicos (milhão de pés cúbicos) de gás produzido (gal/MMcf), dependendo da região [Shaffer, D. L. et al., Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 9.569 a 9.583].

[003] Tal água produzida frequentemente contém uma maior concentração de sólidos dissolvidos totais (TDS) do que é tipicamente permitido para água potável ou descarregada na superfície; por exemplo, algumas águas produzidas têm uma faixa de TDS de 8.000 a 360.000 mg/l, enquanto que certos padrões de qualidade da água apenas permitem 500 mg/l. Adicionalmente, a água produzida pode conter produtos químicos usados no processo de recuperação de óleo de gás, que pode resultar na água produzida que tem um pH baixo ou alto, um teor orgânico alto ou um relativamente concentração alta de sólidos suspensos [R.L. McGinnis et al., Desalination, 2013, 312, 67 a 74; Shaffer, D. L. et al., Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 9.569 a 9.583].

[004] Um método geralmente empregado de descarte de água servida envolve injeções de poço fundo, que compreende transportar e injetar água servida para os poços perfurados anteriormente. Tais métodos de eliminação podem ser dispendiosos: por exemplo, custos de eliminação de água produzida da Montney Shale no Oeste do Canadá são aproximadamente $50/m3 [Paktinat, J. et al., Canadian Society for Unconventional Gas/Society of Petroleum Engineers, 149272, 2011]. Existem também certos perigos associados com eliminação em poços profundos: por exemplo, tais métodos de eliminação podem aplicar pressão às linhas de falha existentes, induzindo terremotos "causados pelo homem". Conforme relatado pelo US Geological Survey (USGS), uma média de 100 terremotos ocorreu anualmente entre 2010 e 2013, em comparação com uma média de 20 terremotos observados anualmente entre 1970 e 2000; Constatou-se que isso corresponde com um aumento na fraturação hidráulica e eliminação de resíduos através de injeções de poço profundo [http://time.com/ 84225/fracking-and-earthquake-link/, acessada em 12 de Junho de 2015; http://www.cbc.ca/ news/ canada/calgary/earthquake-ha- zard-linked-with-deep-well-injection-in-alberta-1.2751963, acessada em 12 de Junho de 2015; http://www.usgs.gov/blogs/features/usgs_top_ story/man-made-earthquakes/, acessada em 12 de Junho de 2015].

[005] Como uma alternativa para os métodos de eliminação, atualmente métodos empregados para remediar água servida include destilação (por exemplo, compressão mecânica de vapor, "MVC"), cristalização, osmose reversa e osmose direta. MVC é uma técnica de evaporação que usa uma bomba de calor de laço aberto para evaporar água a partir de água produzida de alta salinidade. Tais técnicas de evaporação são inerentemente intensivas em energia; e, enquanto unidades de MVC podem operar na 60°C, seus consumos de energia específicos podem aproximar-se de destilado de 14 kWh/m3 (por exemplo, 13,6 kWh/m3 de consumo de energia de destilação, a 600 m3 de destila- ção/dia e 30% de recuperação de destilação da água produzida) [Shaffer, D. L. et al., Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 9.569 a 9.583]. A cristalização, em contraste, é um processo de remediação de água servida evaporativa que envolve evaporação completa de água: Isso resulta na formação de sais sólidos, oferecendo assim um processo de remedia- ção de descarga líquida zero. No entanto, a cristalização é frequentemente considerada um método de remediação dispendioso, parcialmente devido à sua elevada necessidade de energia mecânica/térmica.

[006] A osmose reversa (RO) é um processo de separação com base em membrana que força solvente (por exemplo, água servida) de uma área de concentração de soluto alta (solução de alimentação), através de umamembrana semipermeável que exclui sal, a uma área de baixa concentração soluto pela aplicação de pressão hidráulica para superar o diferencial de pressão osmótica inerente do sistema. Geralmente, as pressões hidráulicas exigidas são altas (> 50 atm) e, consequentemente, o consumo de energia de RO pode ser comparável ao MVC. O desempenho de RO é mais exacerbado pela incrustação de membrana e um limite de operação de alta pressão de 70.000 mg/l TDS para concentrações de solução de alimentação [Shaffer, D. L. et al., Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 9.569 a 9.583; Stone, M. L., et al., Desalination, 2013, 312, 124 a 129].

[007] Em contraste, osmose direta (FO), outro processo de separação com base em membrana, oferece uma alternativa de custo mais baixo e pressão mais baixa aos outros métodos de remediação de água. O FO opera por movimento espontâneo de água através de uma membrana semipermeável, como resultado da diferença inerente na pressão osmótica entre a solução de alimentação (por exemplo, água servida) em um lado da membrana semipermeável que exclui sal e a solução de arraste, que contém uma concentração alta de soluto de arraste, no outro lado da membrana. Uma vez que as pressões osmóticas tenham equalizado em ambos os lados da membrana, o movimento de água para. A água limpa pode ser obtida por separação do soluto de arraste da água na solução de arraste diluída.

[008] Para facilitar isolamento de água de sistemas de FO por meio de remoção de solutos de arraste da solução de arraste diluída, solutos de arraste comutáveis e/ou termolíticos foram desenvolvidos.

[009] Conforme é descrito no Pedido PCT, PCT/CA2011/050075, Jessop et al. desenvolveu uma composição comutável de água e sistemas relacionados, que é comutável entre uma força iônica inicial e uma força iônica aumentada; a composição compreende água e um aditivo de amina comutável. O aditivo de amina, que compreende pelo menos um nitrogênio suficientemente básico para ser protonado, pode ser convertido de maneira reversível a um sal de amônio na presença de água e um acionador ionizante (por exemplo, CO2), aumentando desse modo a força iônica e a pressão osmótica da água. Expor o sistema iônico a pressões, calor e/ou um gás de descarga reduzidos (por exemplo, ar, nitrogênio) causa desprotonação do aditivo de amina, retornando a água à sua força iônica inicial. O aditivo desprotonado é tipicamente mais facilmente isolável da água, em comparação com sua contraparte iônica. As características inerentes da composição comutável de água, incluindo sua capacidade para um aumento reversível na força iônica e na pressão osmótica e, a capacidade de remoção do aditivo comutável da água, torna essa composição particularmente bem adequada para uso como uma solução de arraste de FO.

[0010] Conforme é descrito por Neff, na Patente no US3130156 e, mais tarde, por McGinnis (consulte, por exemplo, Patente no US7560029), sistemas de FO que compreendem soluções de arraste termolíticas com base em amônia foram também desenvolvidos. Esses sistemas com base em amônia de FO incorporam uma solução de arraste com pressão osmótica relativamente alta gerada pela exposição de amônia a CO2 na presença de água para produzir sais de amônio. O isolamento de água de tais sistemas de FO é supostamente possível pela decomposição dos sais de amônio da solução de arraste diluída em seus gases constituintes e pela separação de tais gases da água. No entanto, como descrito por Jessop et al., processos que envolvem soluções de arraste com base em amônia são mais intensivos em termos de energia do que aqueles que envolvem soluções de arraste com base em amina: por exemplo, desprotonação de um sal de NH4+ exige uma entrada de energia de 52,3 kJ/mol, versus apenas 36,9 kJ/mol para sistemas NR3H+ comparáveis [Mucci, A.; Domain, R.; Benoit, R. L. CAN. J. CHEM. 1980, 58, 953 a 958].

[0011] Mais recentemente, Ikeda et al., Elimelech et al. e Forward Water Technologies descreveram sistemas de FO que compreendem soluções de arraste com base em trimetilamina (TMA) [consulte, por exemplo, o Pedido PCT PCT/JP2011/072261; e, Boo, C., Journal of Membrane Science, 2015, 473, 302 a 309]. TMA é um aditivo de amina capaz de comutar entre uma forma neutra e uma forma ionizada quando exposto a acionadores ionizantes (por exemplo, gases ácidos) na presença de água; e, assim, é útil para fornecer soluções que têm força osmótica comutável, conforme descrito primeiro por Jessop et al. Como a amônia, o TMA é um gás à temperatura e pressão ambiente; e, como tal, a aplicação de pressões reduzidas, calor ou gases de descarga a uma solução que compreende um sal de TMA ionizado irá revertê-lo de volta aos seus constituintes, incluindo o gás TMA, facilitando assim a remoção de TMA da solução. Portanto, como nos sistemas FO basea-dos em amônia, os sistemas FO baseados em TMA oferecem um meio fácil de isolar a água da solução de arraste; e com menor consumo de energia do que sistemas baseados em amônia.

[0012] Ikeda et al. demonstrou o uso do seu sistema FO baseado em TMA ionizado com soluções de alimentação que contêm 0,1 a 3,5% em peso de TDS, enquanto Elimelech et al. usaram apenas água desi- onizada como solução de alimentação apenas para demonstrar a usa- bilidade de TMA como um soluto de arraste. Ambos os grupos empregaram soluções de arraste bastante diluídas em seus sistemas de FO: < 26% em peso (Ikeda et al.); e 11% em peso (Elimelech et al.) de TMA ionizado. Os estudos realizados por Ikeda et al. e Elimelech et al. demonstraram o uso de TMA ionizado como um agente comutável na solução de arraste de um sistema FO com uma corrente de alimentação de água fresca ou corrente de alimentação que tem uma concentração de sal aproximadamente equivalente à água marinha. As correntes de alimentação usadas nesses estudos são prontamente empregadas em sistemas RO. No entanto, como descrito acima, os sistemas RO têm um limite de operação de alta pressão de 70.000 mg/l TDS para soluções de alimentação; as correntes de alimentação mais concentradas geralmente não podem ser tratadas pela utilização de RO e exigem métodos de tratamento alternativos.

[0013] Existe a necessidade de um sistema FO que opera a uma energia mais baixa do que sistemas de FO com base em amônia, oferece um método fácil de separação de soluto de arraste da água e, que tem utilidade em remediar soluções de alimentação que seriam, de outro modo, não tratáveis por sistemas RO, tal como água servida de processo industrial que tem alta TDS.

[0014] A informação acima é proporcionada com a finalidade de divulgar informações conhecidas que o requerente acredita serem de relevância possível para a presente invenção. Nenhuma admissão é necessariamente pretendida, nem deve ser interpretada, que qualquer uma das informações anteriores constitui a técnica anterior contra a presente invenção.

Sumário da Invenção

[0015] Um objetivo do presente pedido é fornecer um sistema de osmose direta comutável e processos do mesmo.

[0016] De acordo com um aspecto do presente pedido, é fornecido um processo para tratar uma corrente de alimentação aquosa, que compreende: osmose direta que utiliza uma solução de arraste aquosa que tem uma concentração de soluto de arraste de > 20% em peso, em que o soluto de arraste compreende trimetilamina ionizada e um contraíon; em que a corrente de alimentação: (i) compreende > 5% em peso de sólidos dissolvidos totais; (ii) está a uma temperatura de < 20°C; (iii) está a uma temperatura entre > 30°C e < 60°C; (iv) tem um pH ácido ou um pH básico; (v) compreende teor orgânico; (vi) compreende sólidos suspensos; ou (vii) qualquer combinação de dois ou mais dentre i) a vi).

[0017] De acordo com uma modalidade, um processo é fornecido que compreende osmose direta, em que a osmose direta compreende: a) introduzir a corrente de alimentação em um lado de uma membrana semipermeável que é seletivamente permeável à água; b) introduzir a solução de arraste no outro lado da membrana semipermeável; c) permitir o fluxo de água da solução de alimentação através da membrana semipermeável para a solução de arraste para formar uma solução de alimentação concentrada e uma solução de arraste diluída.

[0018] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido que compreende osmose direta, em que a osmose direta compreende adicionalmente d) isolar o soluto de arraste da solução de arraste diluída; e) reconstituir a solução de arraste concentrada do soluto de arraste isolado.

[0019] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que separar o soluto de arraste da solução de arraste diluída compreende osmose reversa; volatilização; aquecimento; um gás de descarga; um vácuo ou vácuo parcial; agitação; ou qualquer combinação dos mesmos.

[0020] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que reconstituir a solução de arraste concentrada compreende: a) introduzir um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono, a uma solução aquosa de trimetilamina; b) introduzir trimetilamina a uma solução aquosa de um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono; c) introduzir simultaneamente trimetilamina e um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono, a uma solução aquosa; ou d) qualquer combinação dos mesmos.

[0021] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que o processo é i) um processo fechado; ii) um processo em ciclo contínuo; ou, iii) uma combinação dos mesmos.

[0022] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação compreende entre 5 a 30% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 25% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 20% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 15% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 10% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 6 e 10% em peso de sólidos dissolvidos totais.

[0023] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que os sólidos dissolvidos totais compreendem óxidos metálicos; minerais; íons monovalentes; íons bivalentes; íons trivalentes; ou qualquer combinação dos mesmos.

[0024] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação está a uma temperatura entre 0 e 15°C; ou, alternativamente, entre 0 e 10°C; ou, alt ernativamente entre 0 e 5°C; ou, alternativamente, entre 3 e 5°C.

[0025] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação está a uma temperatura entre 30 e 60°C; ou, alternativamente, 30 e 50°C; ou, alternat ivamente, 30 e 40°C; ou, alternativamente, 30 e 35°C.

[0026] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação tem um pH < 6; ou, alternativamente, < 5; ou, alternativamente, < 3. De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação tem um pH > 8; ou, alternativamente, > 9; ou, alternativamente, > 11.

[0027] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que o teor orgânico da solução de alimentação compreende compostos orgânicos suspensos ou solubilizados, carboidratos, polissacarí- deos, proteínas, algas, vírus, matéria vegetal, matéria animal, ou qualquer combinação dos mesmos.

[0028] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação compreende sólidos suspensos.

[0029] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de alimentação é água dura, água de processo, água produzida, água de refluxo, água servida ou qualquer combinação dos mesmos.

[0030] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de arraste tem uma concentração de soluto de arraste entre > 30% em peso até a saturação; ou, alternativamente, entre 30 e 70% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 60% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 50% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 40% em peso. De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a solução de arraste tem uma concentração de soluto de arraste entre 30 e 40% em peso; ou, alternativamente, entre 60 e 70% em peso.

[0031] De acordo com outra modalidade, um processo é fornecido em que a corrente de alimentação é uma corrente de alimentação complexa que compreende > 5% em peso de sólidos dissolvidos totais e (i) teor orgânico; (ii) sólidos suspensos; ou (iii) tanto teor orgânico quanto sólidos suspensos.

[0032] De acordo com outro aspecto do pedido, é fornecido um sistema de osmose direta que compreende: (i) uma solução de arraste aquosa que tem uma concentração de soluto de arraste de > 20% em peso, sendo que o soluto de arraste compreende trimetilamina ionizada e um contraíon; e (i) pelo menos um elemento de osmose direta, que compreende: uma membrana semipermeável que é seletivamente permeável à água, que tem um primeiro lado e um segundo lado; pelo menos uma porta para colocar uma solução de alimentação em comunicação fluida com o primeiro lado da membrana; e pelo menos uma porta para colocar a solução de arraste em comunicação fluida com o segundo lado da membrana, em que água flui da solução de alimentação através da membrana semipermeável para a solução de arraste, para formar uma solução de alimentação concentrada e uma solução de ar-raste diluída.

[0033] De acordo com uma modalidade, é fornecido um sistema que compreende adicionalmente um sistema para regenerar a solução de arraste, que compreende: a) meios para isolar os solutos de arraste ou formas não ionizadas dos solutos de arraste da solução de arraste diluída; b) meios para reconstituir a solução de arraste dos solutos de arraste isolados ou as formas não ionizadas dos solutos de arraste.

[0034] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que meios para isolar o soluto de arraste da solução de arraste diluída compreendem: um sistema de osmose reversa; volatilização; aquecimento; um gás de descarga; um vácuo ou vácuo parcial; agitação; ou qualquer combinação dos mesmos.

[0035] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que meios para reconstituir a solução de arraste dos solutos de arraste isolados ou as formas não ionizadas dos solutos de arraste compreendem: a) meios para introduzir um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono, a uma solução aquosa de trimetilamina; b) meios para introduzir trimetilamina a uma solução aquosa de um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono; c) meios para introduzir simultaneamente trimetilamina e um acionador ionizante tal como dióxido de carbono a uma solução aquosa; ou d) qualquer combinação dos mesmos

[0036] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que o sistema é: (i) fechado; (ii) em ciclo contínuo; ou (iii) uma combinação dos mesmos.

[0037] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação compreende entre 5 e 30% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 25% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 20% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 15% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 10% em peso; ou, alternativamente, entre 6 10% em peso de sólidos dissolvidos totais.

[0038] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que os sólidos dissolvidos totais compreendem óxidos metálicos; minerais; íons monovalentes; íons bivalentes; íons trivalentes; ou uma combinação dos mesmos.

[0039] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação está a uma temperatura entre 0 e 15°C; ou, alternativamente, entre 0 e 10°C; ou, alt ernativamente entre 0 e 5°C; ou, alternativamente, entre 3 e 5°C.

[0040] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação está a uma temperatura entre 30 e 60°C; ou, alternativamente, 30 e 50°C; ou, alternat ivamente, 30 e 40°C; ou, alternativamente, 30 e 35°C.

[0041] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação tem um pH < 6; ou, alternativamente, < 5; ou, alternativamente, < 3. De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação tem um pH > 8; ou, alternativamente, > 9; ou, alternativamente, > 10.

[0042] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação compreende teor orgânico. De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que o teor orgânico compreende compostos orgânicos suspensos ou solubilizados, carboidratos, polissacarídeos, proteínas, algas, vírus, matéria vegetal, matéria animal ou qualquer combinação dos mesmos.

[0043] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação compreende sólidos suspensos.

[0044] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de alimentação é água dura, água de processo, água produzida, água de refluxo, água servida, ou qualquer combinação dos mesmos.

[0045] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de arraste tem uma concentração de soluto de arraste entre > 30% em peso e saturação; ou, alternativamente, entre 30 a 70% em peso; ou, alternativamente, entre 30 a 60% em peso; ou, alternativamente, entre 30 a 50% em peso; ou, alternativamente, entre 30 a 40% em peso. De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a solução de arraste tem uma concentração de soluto de arraste entre 30 a 40% em peso; ou, alternativamente, entre 60 a 70% em peso.

[0046] De acordo com outra modalidade, um sistema é fornecido em que a corrente de alimentação é uma corrente de alimentação complexa que compreende > 5% em peso de sólidos dissolvidos totais e (i) teor orgânico; (ii) sólidos suspensos; ou (iii) tanto teor orgânico quanto sólidos suspensos.

[0047] De acordo com outro aspecto do pedido, é fornecida uma solução de arraste para um processo de osmose direta, que compreende: (i) água; (ii) trimetilamina ionizada a uma concentração de > 20% em peso; e (iii) uma espécie aniônica a uma concentração adequada para agir como um contraíon para a trimetilamina ionizada.

[0048] De acordo com uma modalidade, é fornecida uma solução de arraste em que a trimetilamina ionizada está presente a uma concentração de entre > 30% em peso e saturação; ou, alternativamente, entre 30 e 70% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 60% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 50% em peso; ou, alternativamente, entre 30 e 40% em peso.

[0049] De acordo com outra modalidade, é fornecida uma solução de arraste em que a espécie aniônica é carbonato, bicarbonato ou uma combinação dos mesmos.

[0050] De acordo com outra modalidade, é fornecida uma solução de arraste em que a fonte da espécie aniônica é gás CO2.

Breve descrição das figuras e tabelas

[0051] Para uma melhor compreensão do presente pedido, bem como outros aspectos e outras características dele, é feita referência à descrição a seguir que deve ser usada em conjunto com os desenhos e tabelas anexos, onde:

[0052] A Figura 1A representa um diagrama de um exemplo de uma célula de fluxo de osmose direta (FO), como descrito e usado no presente documento;

[0053] A Figura 1B representa uma curva de calibração para análise de Detector por Ionização de Chama e Cromatografia Gasosa (GC-FID) de trimetilamina ionizada;

[0054] A Figura 1C representa uma curva de calibração para análise de Espectroscopia de Infravermelho de Transformada de Fourier (FT- IR) de trimetilamina ionizada;

[0055] A Figura 2 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso com relação ao tempo (3 horas) e diversas concentrações de solução de alimentação;

[0056] A Figura 3 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso com relação ao tempo (3 horas);

[0057] A Figura 4 representa um gráfico delineando mudanças na massa, com base em 24 horas de operação ao longo de 28 dias, de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso com relação ao tempo (24 horas), em uma célula de fluxo equipada com uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso;

[0058] A Figura 5 representa um gráfico que descreve fluxo, com base na primeira hora de operação ao longo de 28 dias, obtido por meio de uma célula de fluxo FO descrita no presente documento equipada com uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso e solução de alimentação de NaCl a 3% em peso;

[0059] A Figura 6 representa um gráfico que descreve quantidades de fluxo de sal reverso, calculadas após a segunda hora de operação ao longo de 28 dias, obtidas por meio de uma célula de fluxo FO descrita no presente documento equipada com uma solução de arraste de trime- tilamina ionizada a 33% em peso e solução de alimentação de NaCl a 3% em peso;

[0060] A Figura 7 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com soluções de alimentação que compreendem NaCl ou NaCl/CaCl2 (sendo que as ditas soluções de alimentação que compreendem NaCl/CaCl2 são indicadas pela % de sólidos dissolvidos totais; % de TDS), de diversas concentrações;

[0061] A Figura 8 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com soluções de alimentação que compreendem NaCl/CaCl2 (sendo que as ditas soluções de alimentação que compreendem NaCl/CaCl2 são indicadas pela % de TDS), de diversas concentrações;

[0062] A Figura 9 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação (FS) de TDS a 6% em peso ao mesmo tempo que a temperatura da solução de alimentação é variada;

[0063] A Figura 10 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação (FS) de TDS a 6% em peso ao mesmo tempo que a temperatura é variada tanto da solução de alimentação quanto da solução de arraste (DS);

[0064] A Figura 11 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação (FS) de TDS a 6% em peso enquanto o pH da solução de alimentação é variado;

[0065] A Figura 12 representa um diagrama de um exemplo demonstrativo e não limitativo de uma configuração do equipamento para reconstituição de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada, como descrito e usado no presente documento;

[0066] A Figura 13 representa um gráfico delineando um estudo de controle da mudança na massa de uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada a 66% em peso com relação ao tempo (3 horas), em uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação aquosa com pouco sal (< 1% em peso de TDS);

[0067] A Figura 14 representa uma curva de calibração para análise FT-IR de trimetilamina;

[0068] A Figura 15 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste com 12,5% em peso de NaCl e uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso com relação ao tempo (1 hora), em uma célula de fluxo FO de maior escala;

[0069] A Figura 16 representa um gráfico delineando uma mudança na massa de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso e uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso com relação ao tempo (1 hora), em uma célula de fluxo FO de maior escala;

[0070] A Figura 17 representa um diagrama de um exemplo demonstrativo e não limitativo de uma configuração do equipamento para a remoção de trimetilamina ionizada e contraíon como soluto de arraste da solução de arraste diluída, conforme descrito e usado no presente documento;

[0071] A Figura 18 representa um gráfico delineando uma comparação de gases de descarga e sua eficácia na remoção de soluto de arraste de uma solução de arraste; e

[0072] A Figura 19 representa um diagrama de um exemplo demonstrativo e não limitativo de uma célula de fluxo FO de maior escala, como descrito e usado no presente documento;

[0073] A Tabela 1A retrata valores de fluxo (LMH), calculados para a 1a hora de cada operação, de uma célula de fluxo equipada com uma solução de alimentação de NaCl e uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada a 66% em peso;

[0074] A Tabela 1B retrata os dados da curva de calibração de FT- IR para análise de trimetilamina;

[0075] A Tabela 1C retrata os dados da curva de calibração de FT- IR para análise de trimetilamina ionizada;

[0076] A Tabela 2 retrata valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina presente em soluções de alimentação, como calculados por GC-FID, para uma célula de fluxo equipada com soluções de alimentação de NaCl e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso;

[0077] A Tabela 3 retrata valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina presente em soluções de alimentação, como calculados por GC-FID, para uma célula de fluxo equipada com soluções de alimentação de NaCl e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso;

[0078] A Tabela 4 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora da operação da célula de fluxo para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação que compreende NaCl ou NaCl/CaCl2 (com as soluções de alimentação que compreendem NaCl/ CaCl2 indicadas por % de sólidos dissolvidos totais; % de TDS) a 25°C;

[0079] A Tabela 5 retrata valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação que compreende NaCl ou NaCl/CaCl2 (com as soluções de alimentação que compreendem NaCl/CaCl2 indicadas por % de sólidos dissolvidos totais; % de TDS);

[0080] A Tabela 6 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de operação da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a temperatura da solução de alimentação é variada;

[0081] A Tabela 7 retrata valores de fluxo de sal inverso de % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a temperatura da solução de alimentação é variada;

[0082] A Tabela 8 retrata valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a temperatura é variada da solução de alimentação e de arraste;

[0083] A Tabela 9 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de operação da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso, enquanto o pH da solução de alimentação é variado;

[0084] A Tabela 10 retrata valores de fluxo de sal inverso de % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso, enquanto o pH da solução de alimentação é variado;

[0085] A Tabela 11 retrata valores de fluxo (LMH), calculadas durante 1a hora de operação da célula de fluxo e, valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com < 1 % em peso solução de alimentação com água servida de TDS e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso;

[0086] A Tabela 12 retrata a análise inicial de espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada indutivamente (ICP-OES) de Cadu- cean de amostras de rejeitos de mineração, antes do tratamento de FO;

[0087] A Tabela 13 retrata análise por ICP-OES de Caducean de amostras de rejeitos de mineração em seguida ao tratamento de FO em uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de arraste de trime- tilamina ionizada a 66% em peso;

[0088] A Tabela 14 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de operação da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação com rejeitos de mineração e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso;

[0089] A Tabela 15 retrata valores de fluxo inverso de sal (fluxo inverso de sal) da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação com rejeitos de mineração e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao longo de 48 horas;

[0090] A Tabela 16 retrata análise de parâmetros selecionados de análise de água servida municipal concentrada recebida antes e após o tratamento de FO;

[0091] A Tabela 17 retrata a análise de parâmetros selecionados a partir de amostras da água servida produzida, antes e após o tratamento de FO;

[0092] A Tabela 18 retrata a análise por ICP-OES de Caducean de amostras da água servida produzida, antes e após o tratamento de FO;

[0093] A Tabela 19 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de operação da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação de água servida de refluxo e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso;

[0094] A Tabela 20 retrata a análise de parâmetros selecionados para água servida de refluxo antes e após o tratamento de FO;

[0095] A Tabela 21 retrata a análise por ICP-OES de águas servidas de refluxo recebidas antes e após o tratamento de FO;

[0096] A Tabela 22 retrata parâmetros e resultados de soluções de alimentação recebidas, simuladas e tratadas com FO com soluções de arraste com TMA ionizado que utilizam uma célula de fluxo FO equipada com membranas de módulo de fibra oca;

[0097] A Tabela 23 retrata temperatura máxima para carbonação de 50 ml de 45% TMA sob diversas pressões dinâmicas de dióxido de carbono;

[0098] A Tabela 24 retrata valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de operação da célula de fluxo e, valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de arraste com 12,5% em peso de NaCl e uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso, em uma célula de fluxo FO de larga escala;

[0099] A Tabela 25 retrata uma % de rejeição de TDS calculada para água de processo salobre tratada com permuta catiônica de ácido fraco e desprovida de óleo e tratada com FO, conforme determinado por análise por ICP-OES.

Descrição detalhada

[00100] Salvo definição em contrário, todos os termos técnicos e científicos utilizados no presente documento têm o mesmo significado que comumente entendido por um especialista de habilidade comum na técnica a que esta invenção pertence.

[00101] Como é utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações, as formas singulares "um", "uma", "a" e "o" incluem referências plurais a menos que o contexto dite claramente o contrário.

[00102] O termo "que compreende", conforme é utilizado no presente documento, será observado que significa que a lista a seguir não é exaustiva e pode ou não incluir quaisquer outros itens adequados adicionais, por exemplo, uma ou mais funções adicionais, componente (ou componentes) e/ou ingrediente (ou ingredientes) conforme apropriado.

[00103] O termo "comutado" significa que as propriedades físicas e, em particular a força iônica, foram modificadas. "Comutável" significa ser capaz de ser convertido de um primeiro estado com um primeiro conjunto de propriedades físicas (no presente pedido, isso se refere a um primeiro estado de uma dada força iônica) para um segundo estado com um segundo conjunto de propriedades físicas (isto é, um estado de maior força iônica). Um "acionador" é uma mudança de condições (por exemplo, introdução ou remoção de um gás, mudança a temperatura) que causa a mudança nas propriedades físicas, por exemplo, força iô- nica. O termo "reversível" significa que a reação pode proceder em qualquer direção (para trás ou para frente) dependendo das condições de reação.

[00104] A "água carbonada" ou "CO2 aquoso" significa uma solução de água em que CO2 foi dissolvido. "Água saturada com CO2" significa uma solução de água em que CO2 é dissolvido até o limite máximo àquela temperatura.

[00105] Como é utilizado no presente documento, "um gás que tem substancialmente nenhum dióxido de carbono" significa que o gás tem teor CO2 insuficiente para interferir com a remoção de CO2 da solução. Para algumas aplicações, ar pode ser um gás que tem substancialmente nenhum CO2. O ar não tratado pode ser empregado com sucesso, isto é, ar em que o teor de CO2 é inalterado do ar que ocorre naturalmente; isso proporcionaria uma economia de custos. Por exemplo, o ar pode ser um gás que tem substancialmente nenhum CO2 devido ao fato de que em algumas circunstâncias, os 0,04% por volume de CO2, aproximadamente, presente no ar é insuficiente para manter um aditivo em uma forma comutada, de tal modo que o ar pode ser um acionador usado para remover CO2 de uma solução e causar comutação. De maneira similar, "um gás que tem substancialmente nenhum CO2, CS2 ou COS" tem teor de CO2, de CS2 ou de COS insuficiente para interferir com a remoção de CO2, CS2 ou COS da solução.

[00106] Como é utilizado no presente documento, o "aditivo" pode ser usado para se referir à trimetilamina já que é usada em uma solução de arraste comutável para osmose direta. Quando uma solução aquosa que inclui o aditivo de trimetilamina é submetido a um acionador, o aditivo comuta de maneira reversível entre dois estados, um estado não ionizado em que o nitrogênio é trivalente e é sem carga e, um estado ionizado em que o nitrogênio é protonado tornando-o um átomo de nitrogênio com carga positiva. Para fins de conveniência no presente documento, a forma não carregada ou não iônica do aditivo geralmente não é especificada, enquanto que a forma iônica é geralmente especificada.

[00107] O termo "trimetilamina ionizada", conforme é utilizado no presente documento, refere-se à trimetilamina protonada ou carregada, em que a trimetilamina foi protonada ou carregada por exposição a um gás ácido, tal como, porém, sem limitação, CO2, COS e/ou CS2, na presença de solução de água/aquosa.

[00108] A forma ionizada de trimetilamina é também chamada, no presente documento, de um "sal de amônio". Quando a trimetilamina ionizada é formada por exposição ao gás ácido CO2 na presença de água ou uma solução aquosa, a forma iônica de trimetilamina compre- ende tanto carbonatos quanto bicarbonatos. Consequentemente, embora a solução de arraste seja chamada de, no presente documento, uma trimetilamina ionizada, deve ser observado que, quando o aciona- dor ionizante é CO2, a solução de arraste irá conter uma mistura de sais de carbonato e bicarbonato da trimetilamina ionizada. Embora ácido carbônico (CO2 em solução de água/aquosa) seja mencionado e seja usado nos exemplos fornecidos neste pedido, o nitrogênio da trimetila- mina seria também protonado por CS2 em solução de água/aquosa e COS em solução de água/aquosa. Como tal, esse termo é destinado a denotar a basicidade do nitrogênio e não se destina a implicar qual dos três gases acionadores exemplificativos (CO2, CS2 ou COS) é usado.

[00109] Conforme seria prontamente observado por um profissional versado na técnica, uma vez que poucas reações de protonação prosseguem até serem completadas, quando o aditivo de trimetilamina é aqui referido como sendo "protonado" significa que todas ou apenas a maioria das moléculas do composto são protonadas. Por exemplo, mais do que cerca de 90%, ou mais do que cerca de 95%, ou cerca de 95%, das moléculas são protonadas por ácido carbônico.

[00110] "Iônico" significa que contém ou que envolve ou que ocorre na forma de íons carregados positivamente ou negativamente, isto é, frações carregadas. "Não iônico" significa que é compreendido substancialmente por moléculas sem cargas formais. Não iônico não implica que não haja íons de qualquer tipo, mas sim que uma quantidade substancial de nitrogênios básicos está em um estado não protonado. "Sais", conforme utilizado no presente documento, são compostos sem carga líquida formada a partir de íons carregados positivamente e negativamente.

[00111] "A força iônica" de uma solução é uma medida da concentração de íons na solução. Os compostos iônicos (isto é, sais), que dissolvem em água se dissociam em íons, aumentando a força iônica de uma solução. A concentração total de íons dissolvidos em uma solução afetará propriedades importantes da solução, tais como a dissociação ou solubilidade de diferentes compostos. A força iônica, I, de uma solução é uma função da concentração de todos os íons presentes na solução e é tipicamente dada pela equação (A), em que c, é a molar concentração de íon i em mol/dm3, z, é o número da carga de tal íon e a soma é tomada sobre todos os íons dissolvidos na solução. Em soluções não ideais, os volumes não são aditivos de tal modo que seja preferível calcular a força iônica em termos de molali- dade (mol/kg H2O), de tal modo que força iônica pode ser dada pela equação (B), em que m, é a molalidade de íon i em mol/kg H2O e, z, é conforme definido para a equação (A).

[00112] O termo "ICP-OES" é aqui utilizado para se referir à espec- trometria de emissão óptica de plasma acoplada indutivamente, que é uma técnica utilizada para a detecção de metais-traço.

[00113] Como é utilizado no presente documento, ao se referir à água servida de fraturamento hidráulico (ou "fratura hidráulica"), o termo "água de refluxo" refere-se à água que retorna para a superfície após o procedimento de fraturamento hidráulico ser completado e a pressão ser liberada. Essa água inclui sais, agentes gelificantes e propante em excesso que flui ascendentemente através do furo de poço para a superfície após liberação da pressão. Após a conclusão da perfuração e fraturação, a água é produzida juntamente com o gás natural; alguns dos quais são devolvidos como fluidos de fratura e alguns dos quais são água de formação natural; esta combinação é referida como "água produzida".

[00114] Como é utilizado no presente documento, "ácido" refere-se a um pH < 7; por exemplo: um pH entre < 7 a 6; ou um pH < 6; ou, alternativamente, < 5; ou, alternativamente, < 3. Como é utilizado no presente documento "básico" refere-se a um pH > 7; por exemplo: um pH entre > 7 a 8; ou um pH > 8; ou, alternativamente, > 9; ou, alternativamente, > 11. Como é utilizado no presente documento, ‘altamente ácido’ refere-se a um pH < 3; e, conforme é utilizado no presente documento, ‘altamente básico’ refere-se um pH > 11.

[00115] Como é utilizado no presente documento, "teor orgânico" refere-se a constituintes baseados em carbono de uma solução de alimentação, tal como, porém, sem limitação, compostos orgânicos (por exemplo, hidrocarbonetos, álcoois, ésteres, ácidos gordos, ácidos orgânicos, etc.), proteínas, carboidratos, polissacarídeos, matéria vegetal, algas, vírus, células biológicas, etc., ou qualquer combinação dos mesmos.

[00116] O presente pedido fornece um sistema (ou aparelho) e processo para osmose direta. O sistema e o processo são úteis no tratamento de correntes de alimentação tipicamente difíceis de tratar, ou difíceis de desidratar; tais como, por exemplo, água salgada com sólidos dissolvidos totais elevados (TDS). O sistema pode também ser usado para a produção de água fresca por dessalinização de água do mar, ou água salobre. O sistema e processo é útil para desidratação parcial de água servida, água de processo ou outras soluções aquosas industriais (seja de descarte ou em um processo). A osmose concentra a água ser- vida/água de processo/solução aquosa industrial e produz uma corrente de água purificada que pode ser diretamente reciclada ou desprovida de, ou purificada ou processada adicionalmente para reciclagem ou eliminação. Em uma modalidade, a corrente de água purificada compre- ende < 3,5% em peso de sólidos dissolvidos totais (TDS). Em outra mo-dalidade, a corrente de água purificada compreende < 1% em peso de TDS; e, em ainda outra modalidade, a corrente de água purificada compreende < 0,5% em peso de TDS. Em uma modalidade, a corrente de água purificada é submetida à tratamento adicional e/ou polimento para reduzir adicionalmente a porcentagem em peso de sólidos dissolvidos totais para uma concentração adequada para o uso final da corrente de água purificada.

[00117] Como pode ser visto acima, a trimetilamina ionizada foi usada com sucesso em uma solução de arraste para osmose direta (consulte, por exemplo, Pedido Internacional PCT PCT/CA2011/050777, que é incorporado a título de referência no presente documento). Foi constatado que altas concentrações de trimetilamina ionizada (isto é, > 20 a 30% por peso) podem ser usadas como um componente de soluto de arraste eficiente no tratamento por osmose direta de água servida com TDS alto. O termo "alto TDS" é usado no presente documento para se referir às concentrações de sólidos dissolvidos que são maiores do que água do mar (que é aproximadamente 3% ou 3,5% por peso). Essas correntes de alimentação são difíceis de tratar já que as tecnologias atuais, tais como osmose reversa, não são capazes de desidratar correntes de alimentação com concentrações de sal além de aproximadamente 3%. Outras tecnologias, tal como a cristalização ou destilação, estão disponíveis, porém, como descrito acima, empregam grandes quantidades de energia, que é dispendiosa e potencialmente prejudicial para o meio ambiente.

[00118] O aparelho de osmose direta do presente pedido refere-se a qualquer aparelho que conduz separação, concentração, filtração e, similares por um processo de osmose direta. Consequentemente, o aparelho de osmose direta é um que é útil para realizar um método para gerar artificialmente uma pressão osmótica diferencial entre uma solução de arraste de alta pressão osmótica e uma corrente de alimentação de pressão osmótica mais baixa (em relação à solução de arraste) para fazer com que a água migre da corrente de alimentação para diluir a solução de arraste. O produto do aparelho de osmose direta ou processo pode ser a água produzida da diluição da solução de arraste, ou da corrente de alimentação concentrada resultante ou de ambas.

[00119] Em uma modalidade exemplificativa, o presente aparelho de osmose direta e processo é útil para a desidratação parcial de água servida (tal como, porém, sem limitação, água produzida ou água de refluxo da fratura hidráulica, água servida municipal, água servida industrial, água servida de mineração), água de processo ou outras soluções aquosas industriais (seja de descarte ou em um processo). A osmose concentra a água servida/água de processo/corrente de alimentação aquosa industrial de entrada e produz uma corrente de água purificada ou parcialmente purificada que pode ser diretamente reciclada ou desprovida de, ou adicionalmente purificada, polida ou processada para reciclagem ou eliminação. Opcionalmente, a água purificada é adicionalmente purificada ou polida de modo a produzir água potável, ou água agrícola ou outra água purificada que tem características físicas (tal como níveis de concentração de sal) conforme estabelecido ou prescrito por seu uso final (por exemplo, regulamentos ambientais). Em algumas alternativas a corrente de alimentação concentrada resultante pode ser usada como produto ou adicionalmente tratada para isolar componentes úteis.

[00120] Em uma particular modalidade, o presente aparelho de osmose direta, ou sistema, consiste essencialmente em uma solução de arraste concentrada em comunicação com uma membrana semiper- meável configurada para contato com uma corrente de alimentação de entrada. O aparelho pode compreender diversos meios para receber a corrente de alimentação de entrada e para fluir a corrente de alimentação sobre ou através da membrana semipermeável de modo a facilitar o movimento de água da corrente de alimentação, através da membrana e para a solução de arraste.

Solução de arraste concentrada

[00121] A solução de arraste concentrada usada no presente aparelho de osmose direta, ou sistema e processo, compreende um soluto de arraste, que é TMA ionizado e um contraíon, a uma concentração adequada para fornecer uma pressão osmótica que é maior do que a da corrente de alimentação que deve ser tratada ou desidratada. O contra- íon é selecionado com base em sua solubilidade em água em sua forma ionizada, ou carregada e, em sua habilidade para converter em uma forma sem carga que é prontamente removida da água e convertida de volta para sua forma carregada para reformação do soluto de arraste. Preferencialmente, a forma sem carga do contraíon é volátil à temperatura ambiente, ou mais baixa, permitindo que a mesma prontamente se separe da água na solução de arraste diluída formada do processo de osmose direta.

[00122] Em certas modalidades, o contraíon é formado de um gás ácido, tal como CO2, CS2 ou COS. Preferencialmente o gás ácido usado para gerar o contraíon é CO2. Nesse caso o soluto de arraste compreende TMA ionizado e um contraíon de carbonato, um contraíon de bicarbonato, ou uma mistura contraíons de carbonato e bicarbonato.

[00123] A concentração do soluto de arraste na solução de arraste concentrada é pelo menos 20% por peso. Alternativamente, a concentração do soluto de arraste é pelo menos 30% por peso, ou de cerca de 20% a cerca de 75% por peso, ou de cerca de 30% a cerca de 70% por peso. Em certas modalidades, a concentração do soluto de arraste na solução de arraste concentrada é aproximadamente 30% por peso ou aproximadamente 67% por peso. A seleção da concentração do soluto de arraste apropriada é baseada, em parte, na concentração de sólidos dissolvidos totais ("TDS") da corrente de alimentação. Outros fatores que são levados em consideração na determinação da concentração do soluto de arraste na solução de arraste concentrada incluem, por exemplo, a taxa de fluxo desejada através da membrana, a temperatura de operação do sistema e, a pressão de operação do sistema.

Corrente de alimentação

[00124] O presente aparelho de osmose direta e processo é particularmente útil no tratamento, ou desidratação, de correntes de alimentação tipicamente difíceis de tratar. Tais correntes de alimentação incluem, porém, não são limitadas aos caracterizadas por alta TDS, alta acidez ou alta basicidade, baixa temperatura, presença de teor orgânico e/ou presença de sólidos suspensos. Em modalidades particulares, o aparelho de osmose direta e processo é útil no tratamento de correntes de alimentação: que compreende > 5% em peso de sólidos dissolvidos totais; a uma temperatura de < 20°C ou a uma temperatura entre > 30°C a < 50°C; que tem um altamente pH ácido ou um pH básico; que compreende teor orgânico; e/ou que compreende sólidos suspensos.

[00125] Conforme mostrado nos Exemplos abaixo, o presente aparelho e sistema de osmose direta é eficaz em tratar ou desidratar correntes de alimentação, que utiliza uma solução de arraste concentrada, com grandes quantidades de sólidos dissolvidos totais. Isto é, apesar da dificuldade antecipada, por exemplo, da viscosidade aumentada, em que utiliza uma solução de arraste que compreende 20% ou maior, por peso, do soluto de arraste. Os resultados exemplificativos são resumidos na tabela abaixo em comparação com os sistemas de osmose direta com base em TMA empregados anteriormente: Comparação de osmose direta que utiliza solução de arraste com TMA ionizado a Para Fujifilm’s CDS, embora a razão molar de TMA:CO2 seja 1:0,71 (TMA está em excesso), o que indica a possibilidade de ter CO32; considera-se que a solução de arraste existe principalmente como TMAH-HCO3 quando a conversão de unidade é realizada; b TDS compreende 97% em peso de NaCI e 3% em peso de CaCh;c Esse número muda dependendo do elemento de membrana e taxa de fluxo de líquido;d Os TDS da água de processo de óleo e gás consistiu principalmente em NaCI θ Dependendo da combinação de solução de alimentação e de arraste

[00126] De valor particular, o presente sistema de osmose direta e processo é útil no tratamento de correntes de descarte complexas com pré-tratamento mínimo ou nenhum pré-tratamento. Essas correntes de descarte complexas são caracterizadas por alta concentrações de TDS e pela presença de outros componentes incluindo, por exemplo, sólidos suspensos e/ou material orgânico (por exemplo, compostos orgânicos, bactéria e similares).

Membrana

[00127] O aparelho de osmose direta descrito no presente documento, ou sistema e processo, compreende uma membrana semiper- meável, que é permeável à água. A membrana semipermeável é impermeável ou minimamente permeável a sais. Como é sabido no campo da técnica, vários materiais podem ser usados para fabricar a membrana semipermeável e existem membranas comercialmente disponíveis ade-quadas para uso no presente aparelho e processo. A seleção da mem-brana apropriada dependerá, em parte, da natureza da corrente de ali-mentação de entrada e/ou das características exigidas da saída de água purificada.

[00128] Em uma modalidade, a membrana semipermeável compreende uma tolerância de pH dentro de uma faixa de pH de 0 a 14; em outra modalidade, a membrana semipermeável compreende uma tolerância de pH dentro de uma faixa de pH de 2 a 13. Em uma modalidade, a membrana semipermeável compreende um fluxo de > 33 LMH quando a solução de alimentação é água desionizada e, a solução de arraste tem uma concentração soluto de 3% em peso; em outra modalidade, a membrana semipermeável compreende um fluxo de < 33 LMH quando a solução de alimentação é água desionizada e, a solução de arraste tem uma concentração soluto de 3% em peso.

[00129] Em uma modalidade, a membrana semipermeável compreende um fluxo inverso de sal de < 0,1 mol/m2h; em outra modalidade, a membrana semipermeável compreende um fluxo inverso de sal de > 0,1 mol/m2h. Em uma modalidade, a membrana semipermeável compreende uma rejeição de TDS de > 80%; ou, alternativamente, entre 94 a 99,9%; ou, alternativamente, > 99,9%.

[00130] Em outra modalidade, a membrana semipermeável compreende uma tolerância de temperatura da solução de alimentação dentro de uma faixa de -10 a 70°C; em outra modalidade, a membrana semi- permeável compreende uma tolerância de temperatura da solução de alimentação dentro de uma faixa de 0 a 60°C; ou, al ternativamente, dentro de uma faixa de 3 a 50°C; ou, alternativamente, dentro de uma faixa de 3 a 35°C.

[00131] Como é demonstrado nesses resultados e nos resultados adicionais nos Exemplos abaixo, o presente sistema é particularmente útil no tratamento correntes de alimentação tipicamente difíceis de tratar que utilizam osmose direta.

[00132] Para obter uma melhor compreensão da invenção aqui descrita, os seguintes exemplos são estabelecidos. Deve-se entender que esses exemplos são apenas para fins ilustrativos. Portanto, não devem limitar o alcance desta invenção de forma alguma.

Exemplos EXEMPLO 1: Osmose Direta com Soluções De Alimentação com NaCl

[00133] Materiais: A trimetilamina foi comprada como uma solução de aproximadamente 40 a 45% em peso em água e, usada como recebida de Sigma Aldrich. O dióxido de carbono da classe Coleman (99,99%) foi adquirido da Air Liquide. A água desionizada (18 MQ-cm) foi fornecida usando um sistema Elga Purelab Pulse. As soluções de alimentação de reserva de cloreto de sódio em dadas concentrações foram preparadas antecipadamente por meio da dissolução de cloreto de sódio em água desionizada. As membranas compósitas de película fina (TCMs) foram adquiridas de três fornecedores de membranas co-merciais diferentes, cada uma de espessura variável: 0,07 mm (TCM- 1); 0,15 mm (TCM-2); e 0,09 mm (TCM-3). As membranas foram cortadas para teste (4 cm de diâmetro) e condicionadas por imersão em água desionizada durante um mínimo de 30 minutos antes da utilização. Uma vez molhadas, todas as membranas foram armazenadas em água desi- onizada durante o período de teste.

[00134] Soluções: As soluções de arraste de reserva de aproximada-mente 66% em peso de trimetilamina ionizada foram geradas por meio da carbonação de 50 ml de trimetilamina aquosa em reatores de 75 ml de gás de alta pressão, a uma pressão de 9 bar de dióxido de carbono, que utiliza um Sistema de Reator Múltiplo 5000 da Parr Instrument Company.

[00135] Nota-se que, as soluções de arraste de reserva descritas no presente documento e abaixo são geradas de uma solução de TMA aquosa comprada com uma concentração aproximada de 40 a 45% em peso, todas as concentrações de TMA ionizado relatadas no presente documento são também aproximadas e, podem variar em aproximada-mente 5% em peso, dependendo da concentração da solução de TMA aquosa.

[00136] Equipamento e Análise: A célula de fluxo de osmose direta usada para esse e, outros experimentos, é ilustrada pela Figura 1A. A célula de fluxo compreende: (i) uma bomba para circular soluções de alimentação e de arraste; (ii) um cartucho de membrana através do qual as soluções são circuladas; (iii) reservatórios separados que contém as soluções de alimentação e de arraste; (iv) balanças separadas, sobre as quais os reservatórios foram colocados, para medir mudanças na massa em relação ao tempo; e, (v) tubulação de conexão ao longo.

[00137] Dentro da célula de fluxo FO, conforme ilustrado na Figura 1A, a solução de alimentação foi circulada do reservatório de alimenta-ção, através da bomba, sobre o lado da membrana ativo/de rejeição e, de volta para o reservatório de alimentação; a solução de arraste foi simultaneamente circulada do reservatório de arraste, através da bomba, sobre o lado de suporte da membrana e, de volta para o reservatório de arraste; à medida que as soluções de alimentação e de arraste simultaneamente passaram sobre a membrana, a água foi transferida da solução de alimentação através da membrana e para a solução de arraste; e, os reservatórios foram apoiados no topo das balanças para registrar a mudança de massa das soluções em relação ao tempo, por meio de um computador. Para cada operação da célula de fluxo, os dados de mudança de massa foram coletados pela utilização das ba-lanças Mettler Toledo PG2002-S, acopladas a um computador com o software LabVIEW2012 (National Instruments).

[00138] Os cromatogramas GC-FID foram coletados pela utilização de um Varian 450-GC acoplado a um detector FID, equipado com uma coluna Agilent CP-volamina (30m x 0,32mm ID). O perfil de temperatura para análise de GC foi uma temperatura inicial de 75°C mantida por 10 minutos seguida de aumento a 5°C /min para 95°C e m antendo por 2 minutos. Hélio foi usado como o gás de transporte a 5 ml/min com uma razão de divisão de injeção de 20:1. O isopropanol foi usado como um padrão interno para quantificação. As amostras da solução de alimen-tação aquosa para análise de GC-FID foram feitas combinando 1 ml de solução, com 10 μl de isopropanol e diluindo para 10 ml com metanol, em um balão volumétrico de 10 ml. A quantificação de trimetilamina ionizada foi realizada por área de integração do pico de trimetilamina e pico de isopropanol, em comparação com a curva de calibração mostrada na Figura 1B.

[00139] Volumes: Note-se que os volumes das respectivas soluções foram variados apenas para garantir a imersão da tubagem necessária para facilitar o fluxo de solução em toda a célula de fluxo de osmose para a frente; ou, para permitir que a célula de fluxo seja executada por um período de tempo mais longo.

[00140] Cálculos de Fluxo: O Fluxo foi calculado pela utilização da seguinte equação: Fluxo = [Volume de água extraída através da membrana (L)] / [Área da Membrana (m2)] / [Unidade de Tempo (h)]

[00141] Os valores de fluxo foram sempre medidos ao longo e, relatados para a primeira hora de operação. As operações de fluxo de FO foram frequentemente deixadas em circulação por mais tempo do que 1 hora de modo a determinar a estabilidade da membrana em relação ao tempo, mudanças no fluxo inverso de sal em relação ao tempo e, redução geral de % na solução de alimentação.

[00142] Uma planilha, fornecida pelo fabricante do TCM-1, foi utilizada para facilitar o cálculo. Outras opções para o cálculo incluem transmitir graficamente mudanças na massa de uma solução de alimentação ou arraste com relação ao tempo, dividindo a inclinação da mudança de massa pela área da membrana e, convertendo as unidades para L/m2/h.

[00143] Calibragem por FT-IR de trimetilamina ionizada: Para desen-volver uma curva de calibração de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) para analisar a trimetilamina ionizada, foram depositadas aproximadamente 2 gotas de cada solução padrão de concentração variável em um sensor ATR-FT-IR Um espectro de água foi subtraído do espectro resultante. A área sob curva, de 1.440 a 1.300 cm-1 centrada a 1.365 cm-1, foi registrada e uma curva de calibração foi gerada para fornecer a equação (consulte a Tabela 1C e a Figura 1C): % em peso de trimetilamina ionizada = [Área]/2,6994

[00144] Procedimento De Célula De Fluxo Representativo Para Osmose Direta Sob Condições Aeróbicas: As membranas condicionadas foram carregadas em uma célula de fluxo com a camada de rejeição ativa da membrana orientada para a solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada em ambos os lados da membrana da alimentação e desenha. Garrafas de vidro (250 ml) foram utilizadas como reservatórios para a solução de alimentação e solução de arraste. Para operar a célula sob condições aeróbicas, as garrafas foram deixadas abertas ao ar. As soluções de alimentação de reserva de cloreto de sódio (3, 9 e 15% em peso) e 66% em peso de trimetilamina ionizada foram preparadas e usadas, como descrito acima. As operações de repetição foram realizadas para cada membrana a cada concentração de sal (duas operações por combinação de solução de alimentação/arraste). Uma operação completa foi determinada por comprimento de tempo; algumas operações iniciais foram 3 horas, enquanto outras foram 6 horas.

[00145] A solução de sal (200 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, 66% em peso de trimetilamina aquosa ionizada (100 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças foram taradas e quaisquer pontos de dados antes desse tempo foram removidos da análise. Em uma base horária, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise de GC-FID (1 ml) ou FT-IR (<0,2 ml).

[00146] Procedimento De Célula De Fluxo Representativo Para Osmose Direta Sob Ambiente De Dióxido De Carbono: As membranas con-dicionadas foram carregadas para a célula de fluxo com a camada ativa/de rejeição orientada em direção à solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3-100 ml de água desionizada tanto no lado da solução de alimentação quanto de arraste. Garrafas de vidro de 250 ml foram usadas como reservatórios para a solução de alimentação e solução de arraste. As soluções de reserva de cloreto de sódio (3, 9 e 15% em peso) e 66% em peso de trimetilamina ionizada foram prepara-das e usadas, como descrito acima. As operações de repetição foram feitas para cada membrana a cada concentração de sal.

[00147] Para colocar a célula sob atmosfera de CO2 constante, as tampas para os frascos de 250 ml foram feitas com um forro de Teflon. Os orifícios foram perfurados através do forro para permitir que a tubulação fosse passada pelo forro e nas soluções. Um coletor de gás, com três linhas, foi usado para fluir CO2 através de uma agulha para cada garrafa e para fora de cada garrafa através de um borbulhador. Válvulas de retenção foram colocados em cada linha para garantir que a trimeti- lamina gasosa não voltasse pelas linhas e contaminasse o CO2. Cada garrafa foi purgada com CO2 por diversos segundos antes de cada ope-ração, com a tubulação imersa nas soluções.

[00148] 200 ml de solução de sal foi carregada para a garrafa de so lução de alimentação e, 100 ml de 66% em peso de trimetilamina aquosa ionizada foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento a bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças foram taradas e, quaisquer pontos de dados antes desse tempo foram removidos da análise. Em uma base horária, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise de GC-FID (1 ml) ou FT-IR (<0,2 ml).

[00149] Resultados e Discussão: Um sistema de osmose direta foi investigado pelo emprego de uma célula de fluxo equipada com soluções de alimentação de reserva de NaCl, soluções de arraste de trime- tilamina ionizada e, membranas de três fornecedores comerciais (mem-branas TCM-1, TCM-2 e, TCM-3). Consulte Tabela 1.

[00150] Conforme descrito na Tabela 1, um fluxo de 26 L/m2h (LMH) foi medido de uma célula de fluxo equipada com uma membrana TCM- 1, uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso . Observou-se que o valor de fluxo de 26 LMH foi comparável aos valores de fluxo de des- salinização da água do mar por osmose inversa (RO) relatados (30-40 LMH); levando em consideração que geralmente são necessárias 55-80 bar de pressão para sistemas RO, e o sistema FO aqui descrito estava operando a uma pressão ambiente de ~ 1 bar. Como esperado, os va-lores de fluxo, como calculados ao longo dos primeiros 60 minutos de cada operação, diminuíram à medida que a salinidade da solução de alimentação aumentou (consulte a Figura 2). As soluções de alimentação de 18% em peso cloreto de sódio de alta salinidade e salmoura foram também tratadas pela utilização de uma célula de fluxo FO equipada com uma membrana TCM-1. O fluxo através da membrana da solução de alimentação para a solução de arraste foi observado em um valor de 9,1 LMH e 4,6 LMH para 18% em peso de NaCl e salmoura, respectivamente. Isso sugeriu que os sistemas de FO descritos no pre-sente documento podem ser aplicáveis para a desidratação de soluções com alta salinidade.

[00151] A quantidade de trimetilamina ionizada que atravessou a membrana da solução de arraste para a solução de alimentação, cha-mada de fluxo inverso de sal, foi determinada por análise GC-FID ou FT-IR ou por meio do teste para a presença de trimetilamina (TMA) livre com GC-FID, ou TMA ionizado com FT-IR; consulte Tabela 2. O fluxo inverso de sal do soluto de arraste foi geralmente pequeno, com < 1% trimetilamina ionizada como soluto de arraste que migra através da membrana para a solução de alimentação.

[00152] Foi observado que, ao utilizar membranas TCM-2 ou TCM- 3, o fluxo foi geralmente mais baixo e o fluxo inverso de sal de soluto de arraste foi geralmente maior. Sem desejar ser vinculado pela teoria, foi considerado que isso foi indicativo da estabilidade da membrana TCM- 1 ser relativamente maior do que a estabilidade das membranas TCM- 2 ou TCM-3. Não obstante, em cada caso foi observado FO eficaz em que houve concentração significativa da solução de alimentação.

[00153] Uma solução aproximadamente de trimetilamina ionizada a 33% em peso foi avaliada para uso como uma solução de arraste de FO; postulou-se que uma concentração reduzida de soluto de arraste pode fornecer um benefício de que menos soluto de arraste precisa ser removido em seguida a um processo de osmose direta. Assim, uma cé-lula de fluxo foi equipada e operação com uma membrana TCM-1 ou uma membrana TCM-2, respectivamente, uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso (consulte a Figura 3).

[00154] Observou-se que, para a célula de fluxo equipada com a membrana TCM-1, o fluxo medido não diminuiu significativamente com a diluição da solução de arraste; por exemplo: fluxo de 26,1 LMH com solução de arraste com 66% em peso; versus fluxo de 20,0 LMH com solução de arraste com 33% em peso. Adicionalmente, foi observado que a % de fluxo inverso de sal permaneceu baixa, a <0,5% (consulte Tabela 3).

[00155] Uma célula de fluxo FO, equipada com uma membrana TCM-1, uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso, foi operada por 28 dias consecutivos para investigar a estabilidade de desempenho a longo prazo do sistema. Tanto a solução de alimentação quanto a solução de arraste foram restauradas a cada 24 horas, enquanto a mem- brana não foi substituída. A mudança de massa da solução de alimen-tação e de arraste foi constantemente monitorada, cujas mudanças de massa foram plotadas em relação ao tempo, revelando uma tendência consideravelmente consistente ao longo do curso de 28 dias (consulte a Figura 4). Em média, o valor de fluxo registrado para o sistema foi 18,9 LMH; uma diminuição substancial no fluxo ao longo de 28 dias não foi observada (consulte a Figura 5).

[00156] A quantidade de fluxo inverso de sal do soluto de arraste para a solução de alimentação, após duas horas de operação, foi determinada por análise GC-FID (consulte a Figura 6). Ao longo dos 28 dias, a quantidade de fluxo inverso de sal a cada intervalo de tempo permaneceu amplamente inalterada (média de 0,028% em peso ou 280 ppm); como tal, postulou-se que pouca ou nenhuma degradação da membrana estava ocorrendo.

EXEMPLO 2: osmose direta com água servida

[00157] A água servida é definida pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos como qualquer água que, durante a fabricação ou processamento, entre em contato direto com a produção, ou resulte da produção ou do uso de qualquer matéria-prima, produto intermediário, produto final, subproduto ou produto residual; consequentemente, águas residuais ou água de processo, podem variar de acordo com a fonte. Geralmente, a água de processo contém uma maior concentração de sólidos dissolvidos totais (TDS) e teor orgânico, do que a água do mar. Para simular a água de processo como uma solução de alimentação, soluções com TDS alto foram preparadas pela incorporação de um sal bivalente, cloreto de cálcio. Uma razão de NaCl para CaCl2 foi con-figurada a 97:3, de tal modo que a solução de alimentação de TDS a 6% em peso compreendeu 5,82% de NaCl e 0,18% de CaCl2 e, a solução de alimentação com 10% em peso de TDS compreendeu 9,7% de NaCl e 0,3% de CaCl2.

[00158] Tanto as soluções de alimentação com 6% de TDS quanto as soluções de alimentação com 10% de TDS foram usadas em uma célula de fluxo de osmose direta com soluções de arraste com 33% em peso e 66% em peso de trimetilamina ionizada (Figuras 7 e 8).

[00159] Experimento: As soluções de reserva de aproximadamente 66% em peso de trimetilamina ionizada foram produzidas por meio da carbonação de porções de 2 L de uma solução com 45% em peso de trimetilamina aquosa em um reator Chemineer de 1 galão aço inoxidável, a 10 bar por 30 minutos. A solução de reserva resultante é chamada de "solução de arraste concentrada." As soluções de trimetilamina ionizada a 33% em peso foram produzidas pela diluição da solução de arraste concentrada pela metade. As soluções de alimentação de reserva que compreendem 6% de sólidos dissolvidos totais (5,82% de cloreto de sódio; 0,18% de cloreto de cálcio; 94% de água desionizada) e 10% de sólidos dissolvidos totais (9,7% de cloreto de sódio; 0,3% de cloreto de cálcio; 90% de água desionizada) foram preparadas pela dissolução da quantidade exigida de sal para a quantidade apropriada de água de- sionizada.

[00160] As membranas TCM-1 condicionadas foram carregadas para uma célula de fluxo com a camada ativa/de rejeição orientada em direção à solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada em ambos os lados da membrana da alimentação e desenha. As garrafas de vidro (250 ml) foram usados como reservatórios para conter a solução de alimentação e solução de arraste. As operações duplicadas de 3 horas foram completadas para cada combinação de alimentação/arraste.

[00161] A solução de sal com TDS alto (200 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, a solução de arraste (100 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descen-dida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas que contém a solução. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as garrafas de solução foram colocadas foram taradas e, quais-quer pontos de dados coletados antes desse tempo foram removidos da análise (Consulte Exemplo 1; A Figura 1A). Em uma base horária, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Espectrômetro FT-IR Cary 630 comprada de Agilent Technologies; a análise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte o Exemplo 1; a Figura 1C) que utiliza uma curva de calibração preparada com quantidades conhecidas de sal de trimetilamina.

[00162] Resultados e Discussão: Os íons de cálcio foram incorporados nas soluções de alimentação de reserva para simular as águas servidas do processo real, uma vez que essa água é conhecida por conter sais bivalentes, como sais de cálcio. Sabe-se, no entanto, que o cálcio pode levar à formação de calcário nos sistemas FO, o que também pode contribuir para a falha da membrana. Postulou-se também que, em re-lação ao sistema FO aqui descrito, a introdução de íons de cálcio poderia causar uma diminuição de fluxo devido ao fato de serem cátions bi-valentes: As interações íon-íon e as esferas de hidratação de tais espé-cies bivalentes podem ser diferentes das que ocorrem nos sistemas mo-novalentes (por exemplo, NaCl).

[00163] Conforme mostrado na Tabela 4, um fluxo de 17 LMH foi al-cançado em uma célula de fluxo equipada com uma membrana TCM-1, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso e, uma solução de alimentação de TDS a 6% em peso. Observou-se que o fluxo não diminuiu significativamente quando uma solução de alimentação com 10% em peso de TDS estava na célula de fluxo (15,0 LMH). Como esperado, o fluxo observado da solução de arraste com 33% em peso foi em geral mais baixo do que para a solução com 66% em peso, dada a força iônica mais baixa da solução de arraste.

[00164] Observou-se que o fluxo para a solução de alimentação de TDS a 6% em peso foi ligeiramente mais baixo do que o observado para um sistema de 6% em peso de NaCl: 17 LMH versus 20 LMH, com uma solução de arraste com 66% em peso. Isso era esperado uma vez que a adição de CaCl2 gera três espécies iônicas em solução (1xCa+; 2xCl- ), de tal modo que essa solução de alimentação tinha uma força iônica que era maior do que a de uma solução de alimentação com uma porcentagem em peso de NaCl equivalente e, consequentemente houve menor diferença entre a força iônica da solução de alimentação e a solução de arraste.

[00165] Conforme ilustrado nas Figuras 7 e 8, a taxa na qual a solução de arraste aumentou em massa durante a desidratação da solução de alimentação por FO diminuiu à medida a concentração de sal da solução de alimentação aumentou (observe que: os resultados descritos anteriormente para as soluções de alimentação com 3, 6 e/ou 9% em peso de NaCl são incluídos nas Figuras 7 e 8 para comparação).

[00166] Fluxo de sal inverso de soluto de arraste para a solução de alimentação foi monitorado a cada hora por espectroscopia FT-IR (con-sulte Tabela 5). Observou-se que um maior grau de fluxo inverso de sal ocorreu quando soluções de arraste de maior concentração foram usadas (66% em peso versus 33% em peso). Postulou-se que isso foi devido a menos aminas interagindo com a membrana da célula de fluxo como uma consequência da natureza diluída da solução de arraste, diminuindo assim o potencial do fluxo inverso de sal. Adicionalmente, foi observado que, à medida que os TDS da solução de alimentação aumentaram, a quantidade de fluxo inverso de sal do soluto de arraste diminuiu; por exemplo, após 180 min, um fluxo inverso de sal de 0,064% em peso foi observado para uma célula de fluxo equipada com uma so-lução de alimentação de TDS a 6% em peso e solução de arraste com 66% em peso; em comparação com 0,024% em peso para uma célula de fluxo equipada com uma solução de alimentação com 10% em peso de TDS e solução de arraste com 66% em peso (consulte Tabela 5). Postulou-se que isso foi devido a um aumento na força iônica da solução de alimentação, interferindo assim com o fluxo cruzado do soluto de ar-raste.

[00167] No geral, observou-se que a incorporação de CaCl2 em soluções de alimentação das células de fluxo FO descritas não resultou em uma diminuição significativa nos valores de fluxo, medida para sistemas que utilizam uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso. Adicionalmente, não houveram deposições significativas de calcário observado dentro da célula de fluxo FO sobre o curso de cada operação. O uso da solução de arraste de maior concentração no sistema FO com sucesso desidratou as amostras de água de processo simulada.

EXEMPLO 3: variação em temperatura de solução de alimentação

[00168] Entende-se que uma temperatura da solução de alimentação será dependente de um número de fatores, incluindo, por exemplo, a região geográfica em que uma célula de fluxo FO é empregada, a fonte da corrente de alimentação (por exemplo, industrial água de processo pode ser a uma temperatura maior ou mais baixo dependendo do processo) e, etapas de pré-tratamento antes da introdução da solução de alimentação em uma célula de fluxo FO. De modo a avaliar quaisquer efeitos da temperatura na célula de fluxo FO conforme descrito no presente documento que compreende uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada, a temperatura da solução de alimentação foi variada; e, separadamente, a temperatura tanto da solução de alimentação quanto da solução de arraste foi variada.

[00169] Para investigar o efeito da temperatura, uma célula de fluxo foi equipada com uma solução de arraste de trimetilamina ionizada, uma solução de alimentação com TDS alto, uma membrana TCM-1 que tem uma temperatura de operação máxima recomendada de 45°C. Conse-quentemente, temperatura mínima e máxima foram configuradas para 3 a 5°C e 30 a 35°C, respectivamente.

[00170] Experimento: As soluções de arraste de reserva que com-preendem 66% em peso de trimetilamina ionizada e, as soluções de alimentação de reserva que compreendem 6% em peso sólidos dissol-vidos totais (5,82% de cloreto de sódio e 0,18% de cloreto de cálcio) foram preparadas como descrito acima.

[00171] A membrana foi condicionada como descrito acima e, carregada para uma célula de fluxo com a camada ativa/de rejeição orientada em direção à solução de alimentação. O sistema foi lavado com água desionizada tanto nos lados da membrana da solução de alimentação quanto de arraste. Os béqueres encamisados (500 ml) foram usados como reservatórios para a solução de alimentação e solução de arraste. O controle da temperatura foi alcançado por meio do acoplamento de um aquecedor/arrefecedor ao béquer encamisado e, operação de uma bobina através das soluções de alimentação e de arraste. As soluções foram permitidas equilibrar à temperatura desejada por 30 minutos antes do início de uma operação de FO. As operações de repetição foram feitas para cada valor da temperatura.

[00172] A solução de sal (250 ml) foi carregada para o reservatório da solução de alimentação e, 66% em peso de trimetilamina aquosa ionizada (150 ml) foi carregada para o reservatório da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não tocasse os lados ou o fundo do reservatório. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento a bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as soluções foram posicionadas foram taradas e, quais-quer pontos de dados antes desse instante foram removidos da análise (Consulte o Exemplo 1; a Figura 1A). Em uma base horária, a bomba foi parada e, uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Es- pectrômetro FT-IR Cary 630 comprada de Agilent Technologies; a aná-lise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte Exemplo 1; a Figura 1C).

[00173] Resultados e Discussão: As temperaturas de operação reco-mendadas para membrana TCM-1 foram de até 45°C; alé m disso, uma vez que as membranas estavam molhadas, não podiam congelar. Para evitar que a degradação da membrana escolhida de afetasse os resul-tados gerais, as faixas de temperatura para as soluções de arraste e/ou de alimentação foram selecionadas para que estivessem entre 3 a 5°C e 30 a 35°C.

[00174] Os experimentos iniciais compreenderam a variação apenas da temperatura da solução de alimentação; os experimentos seguintes variaram tanto a temperatura da solução de alimentação quanto da so-lução de arraste. A temperaturas maiores, era esperado que houvesse uma melhor dissolução e mistura do soluto na membrana para a solução de alimentação e de arraste. Postulou-se que isso reduziria a formação de polarizações de concentração interna na superfície da membrana e/ou dentro da própria membrana, resultando potencialmente em maiores valores de fluxo. As polarizações de concentração resultam de uma acumulação de gradientes de concentração, dentro ou ao redor da membrana: ou polarização de concentração interna (ICP) ou polarização de concentração externa (ECP). As mesmas diminuem a diferença de pressão osmótica efetiva através da membrana, o que significa menor fluxo. Além disso, a temperaturas mais baixas, a solubilidade em CO2 aumenta; consequentemente, era esperado que temperaturas mais baixas facilitassem a manutenção do equilíbrio entre o soluto de arraste ionizado e não ionizado, em que o soluto ionizado era favorecido. Pos-tulou-se que isso poderia resultar em uma diminuição do fluxo de sal inverso do soluto de arraste para a solução de alimentação. Entendeu- se também que, ao variar apenas a temperatura de uma solução, que um gradiente de temperatura pode ser gerado através da membrana.

[00175] Ao aumentar a temperatura da solução de alimentação, observou-se que uma maior massa de água foi transportada através da membrana; A diminuição da temperatura diminuiu a massa de água transportada (ver Figura 9). Os valores de fluxo medido confirmaram ainda mais essas tendências, à medida que o fluxo aumentou para 28 LMH a 35°C e diminuiu para 14 LMH a 5°C, onde os va lores típicos de fluxo observados à temperatura ambiente foram entre 17 a 19 LMH (ver Tabela 6). É possível que o aumento observado do fluxo a temperaturas mais altas possa ser ligeiramente impactado pela evaporação da solução de alimentação.

[00176] Fluxo de sal inverso de soluto de arraste para a solução de alimentação foi medido a cada hora por espectroscopia FT-IR (consulte Tabela 7). À medida que a temperatura da solução de alimentação foi diminuída, houve uma ligeira diminuição observada no fluxo inverso de sal. Quando a temperatura da solução de alimentação foi aumentada, o fluxo observado inverso de sal foi similar em magnitude à observada a temperatura ambiente. Isso sugeriu que há pouco efeito geral da tem-peratura no fluxo inverso de sal.

[00177] Realizaram-se experiências adicionais em que a temperatura de ambas as soluções de alimentação e de arraste foi variada. Considerou-se, no entanto, que a variação da temperatura da solução de arraste pode afetar a mistura na superfície da membrana e a solubili- dade de CO2, que é inversamente proporcional à temperatura; foi também considerado que maiores temperaturas podem facilitar a evaporação de trimetilamina, que existe em equilíbrio com a soluto de arraste de trimetilamina ionizada.

[00178] Quando a temperatura de ambas as soluções foi aumentada, uma diminuição inicial na massa da solução de arraste foi observada (Figura 10) junto com um aumento visualmente observado na evolução do gás (por exemplo, bolhas escapando da solução). Isso foi considerado o resultado da solubilidade de CO2 diminuída com aumento da temperatura; e, potencialmente, evaporação de trimetilamina. Valores de fluxo foram determinadas com base na diminuição de massa da solução de alimentação ao longo da primeira hora de operação da célula de fluxo (consulte Tabela 6). Uma diminuição no fluxo foi observada quando as soluções estavam a uma temperatura mais baixa: 19 LMH à temperatura ambiente para 15 LMH a 5°C. Um aumento no fluxo foi observado quando as soluções estavam a uma temperatura maior: 19 LMH à temperatura ambiente para 24 LMH a 35°C.

[00179] Ao variar a temperatura tanto da solução de alimentação quanto de arraste, uma variação maior no fluxo inverso de sal do soluto de arraste para a solução de alimentação foi observada (consulte Tabela 8). A temperaturas mais baixas, o fluxo inverso de sal foi quase metade do que foi observado à temperatura ambiente; a temperaturas maiores, o fluxo inverso de sal aumentou em aproximadamente 10%.

[00180] Os limites de temperatura inferior e superior de 3 a 5°C e 30 a 35°C, respectivamente, foram escolhidos para inve stigar como a célula de fluxo FO responderia a flutuações de temperatura. Que apenas pequenas mudanças foram observadas para o fluxo medido e os valores de fluxo de sal reverso demonstram que a célula de fluxo FO descrita no presente documento, equipada com trimetilamina ionizada como um soluto de arraste, é robusta na medida em que pode ser empregada com sucesso em uma ampla faixa de temperaturas. Considerou-se, no entanto, que a solução de arraste pode ser melhor mantida ou abaixo da temperatura ambiente durante a operação para promover a dissolução do CO2 e manter altas concentrações de trimetilamina ionizada.

EXEMPLO 4: variação no pH da solução de alimentação

[00181] A água servida pH pode também variar dependendo da sua fonte (por exemplo, formação de rocha, processo industrial). Para investigar o efeito do pH na célula de fluxo FO descrita no presente documento, equipada com uma solução de arraste de trimetilamina ionizada, foram preparadas soluções de alimentação de pH variável usando hidróxido de sódio e ácido clorídrico para simular águas servidas de pH variável. Uma solução de reserva que compreende 6% em peso de sólidos dissolvidos totais (5,82% de NaCl, 0,18% de CaCl2), com um pH inicial de 6,5, foi usada e seu pH ajustado para obter soluções de alimentação de pH 3, 5, 8 e 10 (consulte a Figura 11). Não se esperava que a adição de hidróxido de sódio e ácido clorídrico aumentasse significativamente a quantidade de sólidos dissolvidos totais.

[00182] Experimento: As soluções de reserva de 33% em peso e 66% em peso de trimetilamina ionizada foram produzidas como descrito acima. As soluções de reserva que compreendem 6% em peso de sólidos dissolvidos totais (5,82% de cloreto de sódio e 0,18% de cloreto de cálcio) foram preparadas como descrito acima e pH ajustado através de adição de hidróxido de sódio sólido ou ácido clorídrico 1M.

[00183] As membranas, condicionadas como descrito acima, foram carregadas para a célula de fluxo com a camada ativa/de rejeição ori-entada em direção à solução de alimentação. A célula de fluxo foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada tanto nos lados da mem-brana da solução de alimentação quanto de arraste. Garrafas de vidro (250 ml) foram utilizadas como reservatórios para a solução de alimen- tação e solução de arraste. As operações de repetição foram completa-das para cada valor do pH.

[00184] A solução de sal com pH ajustado (200 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, 33% em peso de trimetilamina ionizada aquosa (100 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento a bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as soluções foram posicionadas foram taradas e, os pontos de dados antes desse instante foram removidos da análise (consulte Exem-plo 1; A Figura 1A). Em uma base horária, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Espectrôme- tro FT-IR Cary 630 comprada de Agilent Technologies; a análise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte Exemplo 1; a Figura 1C).

[00185] Resultados e Discussão: Para investigar o efeito da solução de alimentação pH na célula de fluxo FO descrita no presente documento, uma membrana TCM-1 foi selecionada, sendo que a membrana tem um pH de operação recomendado de 2 a 11. O pH das soluções de alimentação foi variado de 3 a 10.

[00186] Determinou-se que a solução de alimentação tem um pH de base de 6,5 e, gera um fluxo médio de 11,0 LMH ao utilizar 33% em peso de trimetilamina ionizada como a solução de arraste. Conforme resumido na Tabela 9, observou-se que mudar o pH da solução de alimentação resultou em um aumento do fluxo para todos os valores de pH, coincidindo com a mudança na massa da solução de arraste (con- sulte a Figura 11). Observou-se que cada uma das soluções de alimen-tação com pH ajustado retornou a um pH entre 6 e 6,5 após a operação de FO de 3 horas. Postulou-se que isso foi devido ao fluxo inverso de sal do soluto de arraste para a solução de alimentação, em que a trime- tilamina ionizada agiu como um sistema tampão conhecido.

[00187] Fluxo de sal inverso de soluto de arraste para a solução de alimentação foi monitorado a cada hora por espectroscopia FT-IR (con-sulte Tabela 10). Observou-se que a solução de TDS a 6% em peso inicial tinha um pH de 6,5; à medida que o pH desviou de 6,5, o fluxo inverso de sal aumentou, sendo que o maior fluxo inverso de sal foi ob-servado em soluções nos limites superiores e inferiores da faixa de pH estudada.

EXEMPLO 5: tratamento de água servida de óleo e gás

[00188] Uma aplicação da célula de fluxo FO descrita no presente documento, equipada com uma solução de arraste de trimetilamina io-nizada, é a remediação de água servida de indústrias de óleo e gás. Para demonstrar esta aplicação do presente sistema FO, amostras de água de processo da indústria de óleo e gás foram adquiridas e, usadas como soluções de alimentação que devem ser desidratadas pela célula de fluxo FO descrita no presente documento.

[00189] Experimento: As soluções de reserva de trimetilamina ionizada a 66% em peso foram produzidas por meio da carbonação de porções de 2 L de uma solução com 45% em peso de trimetilamina aquosa em um reator Chemineer de 1 galão aço inoxidável, a 10 bar por 30 minutos.

[00190] Três tipos de água de processo foram adquiridos para teste: (i) uma água salobre; (ii) um tratamento de pré-suavização de água des-provida de óleo, após a retirada de óleo (água desprovida de óleo que é água de processo de um aquífero subterrâneo); e (iii) um tratamento de pós-suavização de água de permuta catiônica com ácido fraco (água desprovida de óleo de um aquífero subterrâneo, tratada por meio de uma permuta catiônica com ácido fraco). Cada amostra de água servida compreendeu < 1% em peso de TDS.

[00191] As membranas TCM-1 condicionadas foram carregadas para uma célula de fluxo com a camada ativa/de rejeição orientada em direção à solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada em ambos os lados da membrana da alimentação e desenha. As garrafas de vidro (250 ml) foram usados como reservatórios para conter a solução de alimentação e solução de arraste. As operações duplicadas foram completadas para cada combinação de ali- mentação/arraste sobre 3 horas.

[00192] A água de processo (200 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, solução de arraste (100-150 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas que contém a solução. A coleção de dados foi iniciada no sof-tware LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e temporizador (consulte Exemplo 1; A Figura 1A) Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as garrafas de solução foram colocadas foram taradas e, quaisquer pontos de dados coletados antes desse tempo foram removidos da análise. Em uma base horária, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Espec- trômetro FT-IR Cary 630 comprado da Agilent Technologies; a análise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte Exemplo 1; A Figura 1C). A análise por ICP-OES foi completada por Queen’s University Analytical Services Unit (QASU, Kingston, ON); consulte Tabela 25.

[00193] Resultados e Discussão: Três amostras de água de processo da drenagem por gravidade assistida por vapor (SAG-D) foram obtidas de uma empresa canadense de óleo e gás): (i) água salobre (salobre); (ii) desprovida de óleo, água pré-suavização (desprovida de óleo); e(iii) água suavizada que utiliza uma coluna de permuta catiônica com ácido fraco (WAC). As amostras foram obtidas a partir de sistemas SAG-D ativos e eram representativas de soluções de alimentação rela-tivamente difíceis, dada a sua concentração de sólidos suspensos totais. Conforme é descrito acima, os estudos FO de pequena escala foram concluídos pela utilização das águas servidas como soluções de alimentação, com uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso; e, após 3 horas de operação contínua, observou-se uma redução de 50 a 60% na massa. Isso correspondeu a um fluxo de 3436 L/m2h, que se verificou ser comparável aos valores de fluxo RO ob-servados usando água do mar como fluxo de alimentação sob condições típicas de dessalinização [http://www.gewater.com/ products/in- dustrial-membranas.html, acessado em 13 de março de 2015; http://www.lgwatersolutions.com/, acessado em 13 de março de 2015].

[00194] Referindo-se à Figura 13 e à Tabela 11, demonstrou-se que o sistema FO como descrito no presente documento continuou a desidratar a solução (ou soluções) de alimentação; postulou-se que concentração adicional da dita solução de alimentação poderia ser alcançada, uma vez que não se observou diminuição significativa na atividade de remoção de água, se o sistema tivesse sido permitido operar por mais tempo. O fluxo de sal inverso do soluto de arraste para a solução de alimentação foi ligeiramente maior do que que observado ao utilizar soluções simuladas (consulte os Exemplos acima). Isso era esperado, já que as soluções de alimentação compreenderam TDS mais baixo e, assim, tiveram força iônica mais baixo e, foram geralmente mais suscetíveis à difusão de soluto de arraste através da membrana. Uma % de rejeição de TDS de > 94% foi observada, conforme determinado por ICP (Tabela 25).

EXEMPLO 6: Rejeitos de mineração

[00195] Geração de Amostra de Água de Mineração: Amostras de rejeitos "secos", que mais pareciam com a lama, foram recebidos de uma organização de mineração canadense. Para gerar amostras aquosas, os sólidos de rejeição (250 g) foram combinados com água (750 ml) para dar uma amostra de 25% em peso de sólidos, para imitar uma lama de mineração. A amostra aquosa foi então agitada a 650 rpm com um agitador elevado (hélice de 4 pás) durante 24 horas. O fornecedor recomendou o filtro dessas amostras usando um filtro de 0,5 mícrons para remover sólidos (com base nas práticas atuais); no entanto, devido à disponibilidade, um papel de filtro extra fino foi usado (Whatman #5 = 2,5 um). Este procedimento foi realizado duas vezes para gerar quanti-dade suficiente de água para testes.

[00196] Amostra da Leva #1: 251,58 g de Lama + 751,75 g de água DI para dar 1003,33 g de total (25,07% em peso; condutividade = 340 uS/cm; pH = 3,75)

[00197] Amostra da Leva #2: 303,32 g Lama + 910,29 g de água DI para dar 1213,61 g total (24,99% em peso; condutividade = 393 uS/cm; pH = 4)

[00198] A amostra da leva #2 foi adicionada à amostra da leva #1 e, condutividade foi medida após a combinação (observe que, dentro do erro experimental, 340 e 393 μS foram considerados comparáveis).

[00199] Uma solução de arraste que contém 66% em peso de trime- tilamina ionizada em água foi gerada por meio da carbonação de levas de 2 L de ~45% em peso de trimetilamina em água, que utiliza um reator Chemineer. A solução de trimetilamina ionizada de reserva resultante foi mantida vedada em uma garrafa de vidro.

[00200] As membranas TCM-1 foram enviadas secas e marcadas com o qual lado era ativo. Antes da utilização, a membrana foi embebida em água desionizada durante pelo menos 30 minutos para abrir os seus poros. Após a imersão, a membrana foi mantida úmida armazenando em água. Quando necessário, círculos de membrana (4 cm de diâmetro) foram cortados de uma folha da referida membrana e embebidos por um mínimo de 30 min antes da utilização. A membrana foi cortada de modo que encaixasse dentro de um anel em "o" contido dentro do cartucho de membrana da célula de fluxo (consulte Exemplo 1, Figura 1A), para minimizar o vazamento de líquido em torno da célula.

[00201] Célula de Fluxo de Osmose Direta: A célula de fluxo de osmose direta (FO) foi, então, configurada, pela utilização de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso em água (500 ml), uma solução de alimentação de amostra da leva (500 ml) e, uma membrana TCM-1, como descrito no Exemplo 1 e, na Figura 1A.

[00202] A célula de fluxo FO foi operada sob ar e, continuou a operar até que as mudanças na massa das soluções de alimentação e de arraste tivessem alcançado um platô. Um ensaio de repetição da operação de FO foi feito para determinar reprodutibilidade. A remoção de soluto de arraste da solução de arraste diluída resultante foi concluída pelo borbulhamento de nitrogênio através da solução, enquanto a mesma é aquecida em um 85°C recipiente de aquecimento metál ico (fabricado por Radleys; temperatura da solução ~ 70°C) (balão de vidro de 2L). Um condensador foi ligado à saída do balão contendo a solução de arraste de modo que ocorreu perda de água mínima.

[00203] Análise externas foram completadas por Caduceon (consulte as Tabelas 12 e 13).

[00204] Após a primeira operação de FO, para permitir a análise, a solução de alimentação necessitou três vezes de uma diluição de modo a ter solução suficiente para análise (40 ml de alimentação concentrada foi diluída para 120 ml)

[00205] Determinar o Teor de Sólidos na Amostra Aquosa Original: As amostras de rejeitos "secos", que se assemelhavam mais à lama, foram filtradas através de um papel de filtro de 2,5 um e secas em um funil Buchner por gravidade durante a noite. O peso inicial foi registado a 100,25 g, com peso após secagem durante a noite sendo registado a 82,13 g; isso correspondeu a uma perda de peso de 18,12 g (18%). Considerou-se que qualquer líquido nos rejeitos, tornando a amostra mais parecida com lama, poderia ter sido de natureza volátil: Após a secagem durante a noite, não havia líquido restante no balão de filtração.

[00206] Resultados e Discussão: As amostras de rejeitos de mineração foram tratadas com sucesso pela utilização de um soluto de arraste de trimetilamina ionizada para osmose direta. Os valores de fluxo entre 23 e 25 LMH e, uma redução de 60 a 90% na massa da solução de alimentação foram alcançados pela utilização de uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso (consulte a Tabela 14). Constatou-se que o fluxo de sal inverso do soluto de arraste (fluxo in-verso de sal) foi relativamente alto após 48 horas de teste; no entanto, espera-se que isso seja mais baixo em um sistema de leva fora de cir-culação (por exemplo, um sistema em que cada unidade de volume de solução de alimentação e de arraste realiza apenas uma passagem pela membrana de FO); consulte a Tabela 15. A célula FO, tal como utilizada e aqui descrita, demonstrou uma rejeição de arsênio relativamente ele-vada (<1 ppm na água recuperada) em comparação com os níveis acei-táveis de arsênio do Ministério do Meio do Canadá de 25 ppm (ver Ta-belas 12 e 13). Esse exemplo demonstrou o uso bem-sucedido do sis-tema FO, com a soluto de arraste de trimetilamina ionizada, no trata-mento de correntes de resíduos tipicamente difíceis de tratar.

EXEMPLO 7: tratamento de água servida municipal

[00207] As soluções de reserva de trimetilamina ionizada a 66% em peso foram produzidas por meio da carbonação de porções de 2 L de uma solução com 45% em peso de trimetilamina aquosa, em um reator Chemineer de 1 galão aço inoxidável, a 10 bar por 30 minutos. A água servida municipal concentrada (da China) foi recebida de uma empresa de tratamento de água servida chinesa. O pH inicial e condutividade da água servida foi 6,99 e 10,8 mS/cm, respectivamente; a solução de ali-mentação não foi pré-tratada. As membranas TCM-1, condicionadas como descrito acima (consulte o Exemplo 1), foram carregadas para uma célula de fluxo FO com sua camada ativa/de rejeição orientada em direção à solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada em ambos os lados da membrana da alimentação e desenha. As garrafas de vidro (500 ml) foram usados como reservatórios para conter a solução de alimentação e solução de arraste. Cada operação foi conduzida até que um platô tenha sido al-cançado na mudança na massa de soluções de alimentação e de arraste e, completada duplicadamente.

[00208] A água servida (500 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, solução de arraste (200 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas que contém a solução. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e tem-porizador. Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as garrafas de solução foram colocadas foram taradas e, quaisquer pontos de dados coletados antes desse tempo foram removidos da análise (consulte Exemplo 1; A Figura 1A). Periodicamente, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Espectrôme- tro FT-IR Cary 630 comprado da Agilent Technologies; a análise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte Exemplo 1; A Figura 1C).

[00209] Resultados e Discussão: Utilizando a célula e processo de fluxo FO descritos neste documento, foi conseguida uma redução na massa de águas servidas (~ 60%), condutividade e teor total de fósforo (medida por ICP-OES) para as soluções de alimentação e/ou para a água isolada a partir da mesma, sem empregar qualquer pré-tratamento (ver Tabela 16). Adicionalmente, constatou-se que valores de fluxo médios de 35 LMH eram comparáveis aos valores de fluxo de dessaliniza- ção da água do mar de RO (30-40 LMH). A demanda química de oxigênio (COD) permaneceu alta após a remoção de soluto de arraste; no entanto, os valores da COD são dependentes da concentração de orgânicos em uma amostra (por exemplo, quantidades de soluto de arraste residual em água recuperada). Sem desejar ser vinculado pela teoria, espera-se que uma etapa de tratamento adicional para remover soluto de arraste residual da água recuperada por FO e, assim apresente uma COD mais baixo.

[00210] Esse exemplo demonstra o uso bem-sucedido do presente sistema FO, que incorpora uma solução de arraste com um soluto de arraste de trimetilamina ionizada, no tratamento de água servida muni-cipal concentrada, que é difícil ou dispendiosa para tratar por meio da utilização de métodos atualmente disponíveis.

EXEMPLO 8: Tratamento de Água Produzida e Água de Refluxo de Operações de Fraturação

[00211] As soluções de reserva de trimetilamina ionizada a 66% em peso foram produzidas por meio da carbonação de porções de 2 L de uma solução com 45% em peso de trimetilamina aquosa, em um reator Chemineer de 1 galão aço inoxidável, a 10 bar por 30 minutos.

[00212] A água produzida servida foi recebida de uma operação ca-nadense de fratura hidráulica operação (norte de Alberta) com pH inicial e condutividades de 6,47 e 191 mS/cm, respectivamente; TDS inicial foi aproximadamente 19% em peso.

[00213] Uma primeira operação de FO inicial foi completada sem pré- tratamento da solução de alimentação. As operações adicionais foram então completadas pela utilização de uma amostra de solução de ali-mentação filtrada e suavizada. A filtração foi feita pela utilização de papel de filtro extrafino (Whatman #5). A suavização da solução de alimentação foi completada durante o monitoramento do pH: com agitação, adicionou-se NaOH (3,3 mg/ml) à solução de alimentação filtrada; após agitação durante 30 min, a solução foi filtrada novamente; adicionou-se então carbonato de sódio (15,4 mg/ml) à solução e agitou-se durante mais 30 min; e depois, a solução resultante foi filtrada e neutralizada com HCl. A osmose direta também foi realizada usando uma amostra suavizada com apenas carbonato de sódio, seguida por filtração e neutralização com HCl; ou, apenas adicionando carbonato de sódio.

[00214] A solução de alimentação de refluxo foi também obtida das operações canadenses de fratura hidráulica (condutividade = 130,4 mS/cm, pH = 6,38) e, foi processada após a filtração através de um papel de filtro de curso. O TDS inicial da solução foi ~13% em peso.

[00215] As membranas condicionadas (consulte Exemplo 1) foram carregadas para uma célula de fluxo FO com a camada ativa/de rejeição da membrana orientada em direção à solução de alimentação. A célula foi lavada com porções de 3x100 ml de água desionizada em ambos os lados da membrana da alimentação e desenha. As garrafas de vidro (250 ou 500 ml) foram usadas como reservatórios para conter a solução de alimentação e a solução de arraste. Cada operação foi permitida alcançar equilíbrio e realizada duplicadamente.

[00216] A água produzida ou de refluxo (200 ou 500 ml) foi carregada para a garrafa de solução de alimentação e, solução de arraste concen-trada (200 ou 500 ml) foi carregada para a garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas que contém a solução. A co-leção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e temporizador. Após 30 segundos, as balanças sobre as quais as garrafas de solução foram colocadas foram taradas e, quaisquer pontos de dados coletados antes desse tempo foram removidos da análise (consulte Exemplo 1; Figura 1A). Periodica-mente, a bomba foi parada e uma amostra foi tomada da solução de alimentação, por meio de seringa, para análise do fluxo inverso de sal. As quantidades do fluxo de sal inverso foram determinadas por análise FT-IR que utiliza um Espectrômetro FT-IR Cary 630 comprado da Agilent Technologies; a análise de dados foi realizada com software MicroLab (consulte Exemplo 1; A Figura 1C).

[00217] Resultados e Discussão: Com relação às soluções de ali-mentação de efluentes produzidas, verificou-se que cada um possuía um elevado teor de cálcio que poderia levar a formação de escamas; assim, foi necessário suavização. Constatou-se que o uso da célula de fluxo FO descrita no presente documento leva a uma redução geral na massa da solução de alimentação em aproximadamente 20% para o sistema de água produzida; o fluxo foi calculado como sendo aproximadamente 9 LMH com uma membrana TCM-1. Por meio dos métodos de suavização padrão empregados para o tratamento da água produzida, a precipitação na solução de alimentação concentrada foi evitada. A água recuperada após a remoção do soluto foi inferior aos 4000 ppm desejados (conforme solicitado pelo operador de fratura para os seus próprios requisitos de processamento) e, representou uma rejeição de 99,9% de TDS (consulte a Tabela 17). Os resultados de ICP-OES mostraram uma concentração de elementos na solução de alimentação após o processo de FO (ver Tabela 18)

[00218] O processamento por FO da água de refluxo mostrou uma redução de 40% na massa da solução de alimentação, com um fluxo de aproximadamente 15 LMH (consulte Tabela 19). A água recuperada após a remoção da solução de arraste foi bem abaixo dos 4000 ppm desejados e representou uma rejeição de 99,6% de TDS (ver Tabela 20). Os resultados de ICP-OES mostraram uma concentração de elementos na solução de alimentação após tratamento de FO (consulte Tabela 21). A % de rejeição de TOC foi menor do que o desejado; no entanto, esse valor é dependente da concentração de orgânicos em uma amostra (por exemplo, quantidades de soluto de arraste residual na água recuperada); consulte a Tabela 20. Sem desejar ser vinculado pela teoria, prevê-se que o sistema possa ser prontamente otimizado para reduzir o soluto de arraste residual na água recuperada de FO e, portanto, apresentar uma maior % de rejeição de TOC.

EXEMPLO 9: Análise FO utilizando módulos de fibra oca como mem-branas

[00219] Dois tipos de módulos de membrana de fibra oca (HFM-1 e HFM-2), fornecidos por um quarto fornecedor de membrana comercial, foram avaliados pela utilização de soluções de alimentação simuladas e soluções de drenagem de trimetilamina ionizadas. Geralmente, com membranas de fibra oca, uma área da superfície da membrana relativa-mente maior pode ser obtida em uma pequena planta modular.

[00220] Experimento: Os módulos HFM-1 e HFM-2 foram um sistema de fibra oca, onde uma solução de alimentação correu fora das fibras (solução de alimentação de faces da camada ativa), e uma solução de arraste correu dentro das fibras. A solução de alimentação exterior deve correr a uma taxa de fluxo maior do que a solução interna, desenhar. Sugeriu-se a utilização de uma taxa de fluxo de 1 L/min para a solução de alimentação, e uma taxa de fluxo de 5-7 ml/min seja utilizada para a solução de arraste. A entrada da solução de arraste para a membrana precisava ser mantida abaixo de 2 bar para que as fibras não se rom-pessem. A saída da solução de estiramento foi direcionada para um balde separado do reservatório da solução de arraste em caso de for-mação sólida na solução de arraste.

[00221] A membrana foi configurada de modo que a solução de ali-mentação e a solução de arraste fluíssem contra a corrente uma para a outra. Isso significou que a solução de arraste mais concentrada conta-tou a solução de alimentação mais concentrada (por favor, note: a solu-ção de arraste foi ainda mais concentrada do que a solução de alimen-tação), maximizando a eficiência do movimento da água através da membrana. A membrana foi lavada com água de DI para remover qual-quer solução de armazenamento, com a qual a membrana pode ter sido enviada. O sistema foi enxaguado com a solução de alimentação e de arraste adequada antes de iniciar a coleta de dados. A coleção de dados foi feita pela utilização do software Labview.

[00222] A membrana HFM-1 foi investigado por meio da utilização de: i) uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso (1000 g) com um solução de arraste com 34,5% em peso de trimetilamina ionizada (1500 g); e, ii) uma solução de alimentação com 15% em peso de NaCl com uma solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada; e iii) água produzida, de uma operação canadense de fratura hidráulica, que foi suavizada com carbonato de sódio com uma solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada; e, iv) água de refluxo, de uma fratura hidráulica canadense, com uma solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada. A pressão na entrada da solução de arraste foi mantida entre 0,6 a 0,9 bar. Cada sistema de célula de fluxo foi operado por entre 3 horas a 6 horas. A área da membrana do módulo HFM-1 foi 0,062 m2.

[00223] O módulo HFM-2 foi investigado pela utilização de uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso com uma solução de arraste com 34,5% em peso de trimetilamina ionizada. A pressão na entrada da solução de arraste foi mantida em torno de 0,7 bar. A área da membrana do módulo HFM-2 foi 0,089 m2.

[00224] A determinação da % de rejeição de NaCl da membrana foi realizada por meio da medição do sólido residual restante após a remo-ção de água e amina a partir de uma amostra de solução de arraste por aquecimento a 120°C durante aproximadamente 6 horas . O fluxo de sal inverso do soluto de arraste para a solução de alimentação foi monitorado por meio de FT-IR (consulte o Exemplo 1; a Figura 1C).

[00225] Resultados e Discussão: Foram investigados dois tipos de módulos de membrana de fibra oca: módulos HFM-1 e HFM-2. Ambos os modules foram testados pela utilização de uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e uma solução de arraste com 34,5% em peso de trimetilamina ionizada.

[00226] Cinco operações foram completadas com uma célula de fluxo FO que contém o módulo HFM-1 sob as condições acima (consulte a Tabela 22): um ensaio foi executado com uma solução de alimentação com 3% em peso por 160 min (HFM-1-T1); um segundo ensaio foi executado com uma solução de alimentação com 15% em peso por 160 min (HFM-1-T2); um terceiro ensaio foi executado com uma solução de alimentação com 3% em peso ao longo de 350 min (HFM-1-T3); um quarto ensaio foi executado com água produzida suavizada (HFM-1- T4), e um quinto ensaio foi executado com água de refluxo (HFM-1-T5). Ao longo das primeiras três horas, o ensaio HFM-1-T3 foi similar ao ensaio HFM-1-T1 (comparáveis devido às soluções de alimentação e de arraste similares). Após ~6 horas, a solução de alimentação de HFM-1- T3 foi concentrada em ~88%; no entanto, fluxo inverso de sal do soluto de arraste (% em peso de TMA ionizado, Tabela 22) foi relativamente maior do que observado ao longo do curso da operação de três horas, o que é esperado devido à concentração da solução de alimentação. O fluxo inverso de sal (RSF) após a operação de seis horas foi comparável ao alcançado após a operação de três horas.

[00227] Para o quarto ensaio, HFM-1-T4, o módulo HFM-1 foi usado para testar a desidratação de água produzida, que havia sido filtrada e suavizada com carbonato de sódio, que utiliza uma solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada. O módulo manteve uma alta rejeição de sal, similar ao que foi observado e descrito acima. Uma diminuição do fluxo foi esperada à medida que água produzida tem um maior TDS do que as soluções de alimentação de NaCl simuladas.

[00228] Para o quinto ensaio, HFM-1-T5, o módulo HFM-1 foi usado para testar a desidratação de água de refluxo, que utiliza uma solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada. O módulo module manteve uma alta rejeição de sal e redução de volume, similar ao que foi observado e descrito acima. Uma diminuição do fluxo foi esperada à medida que a água de refluxo tem um maior TDS do que as soluções de alimentação de NaCl simuladas.

[00229] Um ensaio operação foi completado com uma célula de fluxo FO que contém o módulo HFM-2 sob as condições acima com uma solução de alimentação com 3% em peso por 180 min (consulte a Tabela 22). Constatou-se que o fluxo e a % de rejeição de NaCl são comparáveis aos ensaios da HFM-1, com uma redução de 79% na massa da solução de alimentação ao longo de 3 horas. De maneira similar, fluxo inverso de sal (RSF) foi ligeiramente maior do que o desejado; sem desejar ser vinculado pela teoria, postulou-se que isso pode ser uma indicação de instabilidade do pH ao longo da duração do ensaio. Nenhuma modificação no pH foi realizada para os ensaios da membrana HFM-2 ou HFM-1, no entanto.

EXEMPLO 10: remoção de soluto de arraste

[00230] Materiais e Equipamento: Para investigar meios para remover o soluto de arraste com base em amônio das soluções de arraste descritas no presente documento, os seguintes materiais e/ou equipamentos foram exigidos: i. 5L reator encamisado com isolamento ii. aquecedor circulante para aquecer o reator iii. fonte de calor para gás de descarga iv. Reservatório aquecido para solução que deve ser desga- seificado (placa de aquecimento / balão de vidro de 2L, 4-gargalo) v. bomba de circulação (bomba de transferência química de fluxo variável Fisher ScientificTM) vi. bocal pulverizador para injetar solução no topo do reator vii. lã de aço inoxidável recheada no reator para fornecer área de superfície (lã SS) viii. gás de descarga (ar comprimido) ix. armadilha para capturar TMA que é forçado para fora do reator

[00231] Condições de Operação: As condições empregadas com a configuração acima foram como a seguir: x. reator e tubulação isolados xi. aquecedor de circulação configurado para: 75°C xii. Aquecedor de ar configurado para: 75°C xiii. placa de aquecimento configurada para: 70°C xiv. velocidade da bomba configurada para: 5, rápida xv. fluxo de ar configurado para: 5

[00232] Método de Operação: O balão de fundo redondo com 4 gargalos cheio com 800 ml de água desionizada, colocado em um heaton com uma sonda de temperatura e aquecido a 70°C. A p equena bomba de circulação foi conectada ao dito balão de fundo redondo para tirar a água da mesma, e para bombear para o topo da coluna com um bocal de pulverização; a água então fluiu descendentemente pela coluna e retornou ao balão de fundo redondo (ver Figura 17).

[00233] Após a circulação da água, todas as fontes de calor foram ligadas e permitidas atingir a temperatura e estabilizar durante 1 hora; consequentemente, a temperatura interna do reator foi registrada a 70°C.

[00234] Após as temperaturas estabilizadas, utilizou-se um funil de separação para adicionar 200 ml de solução de arraste concentrada no balão de fundo redondo: Por meio da adição de solução de arraste con-centrada aos 800 ml de água DI, fornece uma diluição representativa do que uma solução de arraste diluída pode ser. Além disso, o arraste con-centrado foi adicionado à água já aquecida para evitar a perda de TMA durante o aquecimento. Depois que a solução de água e de arraste foi completamente misturada, uma leitura inicial em '0 min' foi tomada para estabelecer um ponto de partida. Depois, em uma base horária, as alí-quotas foram removidas do balão de fundo redondo e analisadas por FT-IR para determinar a concentração do soluto de solvente (ver Exemplo 1, Figura 1C)

[00235] Resultados e Discussão: Entendeu-se que uma vez que uma osmose direta estava completa por meio da utilização da célula de fluxo aqui descrita, seria necessário remover o soluto de arraste de trimetila- mina ionizada da solução de arraste diluída para gerar baixa água de TDS. Conforme descrito anteriormente (por exemplo, consulte Pedido PCT PCT/CA2011/050777), um aditivo comutável ionizado pode ser "desligado" ou tornado não ionizado com aquecimento suave (50°C) e/ou pela utilização de um gás de descarga inerte tal como nitrogênio ou ar.

[00236] Como a forma não ionizada do aditivo comutável e do solvente de arraste é a trimetilamina, um gás sob condições ambientais, era esperado que o aquecimento suave ou a descarga com gás pudessem remover não apenas o CO2 da solução de arraste, mas também o soluto de arraste não ionizado, gerando água. Consequentemente, os métodos para remover eficientemente o soluto de arraste com base em TMA da solução foram considerados.

[00237] Consequentemente, foi investigado um sistema de escala de litros para o soluto de arraste removido. Reconheceu-se que uma área de superfície aquecida e alta precisava ser incorporada no sistema para maximizar a remoção de gás da solução de arraste; como tal, a coluna de 5 L foi montada com lã de aço inoxidável. Um gás de descarga foi usado para facilitar o movimento de vapores gasosos da dita coluna à medida que a decomposição do soluto de arraste liberou TMA e gás de CO2. O sistema foi operado entre 50°C e 70°C, com quai squer opera-ções acima 70°C mostrando uma perda substancial de água com a TMA e o CO2. Esse sistema permitiu, com sucesso, que < 0,1% em peso de soluto de arraste residual fosse alcançado em menos de 3 horas de cir-culação, demonstrando, desse modo, remoção eficaz de soluto de arraste da solução de arraste diluída.

EXEMPLO 11: comparação de gases de descarga para remoção de so-luto de arraste

[00238] 66% em peso TMA ionizado (100 ml) foi diluído com água desionizada (100 ml) em um balão de vidro com fundo redondo de 2 L 3-gargalos. Um gargalo do frasco foi conectado a uma sonda de tempe-ratura, o segundo gargalo foi conectado a um tubo de dispersão de gás ("c" porosidade frita) que estava conectado a um medidor de fluxo, com o terceiro gargalo conectado a outro balão de fundo redondo de 2 gargalos (250 ml) que foi arrefecido num banho de água gelada/salgada. O segundo pescoço no balão de 250 ml foi conectado a um pedaço de tubulação que foi direcionada para a parte de trás de uma capela de exaustão laboratorial como exaustor.

[00239] Os ensaios foram executados a três temperaturas diferentes: 46°C, 56°C e 70°C. Para cada temperatura, um ensaio foi completado pela utilização de gás de nitrogênio e, outro pela utilização de dióxido de carbono. Para ensaios a 46°C, a taxa de fluxo de gás (FR) foi de 4 pés cúbicos padrão por hora; para as temperaturas mais altas, a taxa de fluxo de gás foi de 8 pés cúbicos padrão por hora. Cada ensaio teve uma hora em termos de comprimento e, as amostras foram tomadas pela utilização uma pipeta de Pasteur em 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 e, 60 minutos. O FT-IR foi feito em cada amostra para determinar a con-centração de TMA ionizado (consulte o Exemplo 1, a Figura 1C).

[00240] Resultados e Discussão: Foi investigado o uso de N2 versus CO2 como um gás de descarga para remoção de trimetilamina ionizada a várias temperaturas. O uso de CO2 como gás de descarga foi concebido para aliviar a necessidade de gases separados durante a regeneração da solução de arraste. No geral, o N2 pareceu funcionar melhor na remoção da trimetilamina ionizada do que o CO2; a temperaturas mais baixas, pareceu que o CO2 estava sendo absorvido, já que a concentração de trimetilamina ionizada aumentou inicialmente. Para a operação de descarga gasosa a 70°C com N 2, a % em peso restante de trimetilamina ionizada foi de 0,5% em peso; foi de 3,3% em peso para a solução que passou por descarga com CO2 (ver Figura 18)

EXEMPLO 12: reconstituição da solução de arraste

[00241] Os sistemas de FO que empregam a célula de fluxo descrita no presente documento, equipados com trimetilamina ionizada como solução de arraste, podem ser projetados para que sejam um sistema de laço fechado. Um sistema de laço fechado irá minimizar o custo e os materiais desperdiçados (por exemplo, soluto de arraste), de modo que os gases de TMA e CO2 eliminados da solução de arraste diluída serão reciclados continuamente para gerar solução de arraste concentrada fresca para uso em células de fluxo FO. Tal sistema será um sistema de laço fechado e contínuo.

[00242] Materiais: A trimetilamina foi comprada como uma solução de 45% em peso em água e, usada como recebida de Sigma Aldrich. O dióxido de carbono da classe Coleman (99,99%) foi adquirido da Air Li- quide. O óxido de deutério foi adquirido a Cambridge Isotopes Labora-tories e usado como recebido.

[00243] Equipamento e Análise: A carbonação foi realizada utilizando um sistema de Reator Múltiplo da Série Parr 5000 usando vasos de pressão de 75 ml com barras de agitação com estrela (cruzada). A car- bonação em larga escala foi realizada em um vaso de reator Chemineer de 1 litro, equipado com defletores e uma hélice.

[00244] Os espectros de RMN de 1H foram adquiridos usando um espectrômetro Varian MR400. O deslocamento químico-chave repre-sentativo de TMA em solução foi identificado como sendo de 2,23 ppm em D2O; o deslocamento químico representativo da trimetilamina ioni-zada foi de 2,87 ppm em D2O. Para uma mistura de TMA e trimetilamina ionizada, um pico largo adicional foi observado no espectro de RMN, com o deslocamento químico variando entre 2,23 e 2,87 ppm em D2O, dependendo da proporção de TMA para trimetilamina ionizada. Nenhuma curva de calibração foi realizada de modo a restringir uma relação entre a proporção de TMA para TMA ionizada e este pico amplo. Sem desejar ser vinculado pela teoria, postulou-se que o pico amplo pode ter sido indicativo de um equilíbrio entre TMA e TMA ionizado.

[00245] Antes da sua utilização no experimento descrito abaixo, uma solução ionizada de trimetilamina foi produzida através da carbonação de TMA e foi armazenada por vários dias.

[00246] Procedimento: As observações de queda de pressão foram realizadas usando TMA aquoso a 45% em peso (1 ml) e CO2 (5 ou 9 bar, pressão estática), envolvendo a introdução do CO2 na TMA e medindo o tempo necessário para que a pressão de CO2 introduzida fosse igualada dentro o sistema.

[00247] As observações de aumento de temperatura foram realizadas usando TMA aquoso a 45% em peso (50 ml) pressurizado para 1, 5 ou 9 bar de pressão dinâmica de CO2, medindo o tempo necessário para alcançar uma temperatura máxima dentro do sistema. As alíquotas de amostras foram tomadas nos tempos reportados (ver abaixo) e ana-lisadas por espectroscopia RMN 1H.

[00248] As carbonação em grande escala foram realizadas pela utilização de TMA aquosa a 45% em peso (2 a 2,5 L) pressurizando a 10 bar de pressão de CO2 dinâmica durante 30 minutos, com agitação a 600 rpm. Após 30 minutos o fluxo de CO2 foi interrompido e o reator foi mantido sob pressão durante 3,5 horas até a temperatura do recipiente retornar abaixo de 40°C.

[00249] Resultados e Discussão: O dióxido de carbono foi adicionado à solução de TMA, ao invés de fazer a adição oposta ou simultânea, devido ao fato de que a solubilidade de TMA na água é alta (45% em peso à saturação), enquanto que a solubilidade em CO2 é baixa (< 1% à saturação). Considerou-se, portanto, devido a essa diferença de solu-bilidade, que a dissolução do CO2 em água (e a subsequente conversão em bicarbonato) é o passo determinante da velocidade e, portanto, tor-nou-se assunto de estudo (ver abaixo).

[00250] Observou-se que uma reação entre TMA e CO2 na água, para gerar trimetilamina ionizada, é exotérmica; como tal, o tempo necessário para atingir a temperatura máxima devido à exotermia da reação foi determinado (ver Tabela 23). As alíquotas da solução foram removidas periodicamente dos 50 ml de TMA aquosa pressurizada a 45% em peso com CO2 (como descrito acima) e analisadas por espectrosco- pia de RMN de 1H para determinar a conversão aproximada.

[00251] Sob 1 bar de pressão de CO2, a temperatura da mistura da reação aumentou 4°C ao longo de 3 h, sendo que ness e ponto perma-neceu constante por mais 3 h. Nesse instante, uma alíquota foi removida e analisada por espectroscopia de RMN de 1H, que revelou que muito pouca carbonação de TMA realmente ocorreu, implicando que eram ne-cessárias pressões mais elevadas.

[00252] Sob 5 bar de pressão de CO2, a temperatura da mistura au-mentou 12°C após 1 h e voltou à temperatura ambiente após 5 h. Após 2 h, a análise de RMN de 1H da mistura de reação indicou que a carbonação de TMA estava essencialmente completa, indicando uma melhoria na cinética da reação de carbonação em relação ao mesmo processo a 1 bar.

[00253] Com menos de 9 bar de pressão de CO2, a temperatura aumentou 21°C dentro de 25 min. A análise de RMN de 1H de uma alíquota tomada nesse instante revelou que a carbonação indicada de TMA estava essencialmente completa.

[00254] Para estudar ainda mais as taxas de reconstituição em uma escala mais representativa industrial, o sistema foi escalado até 2 - 2,5 L de TMA sob 10 bar de pressão de CO2; A carbonação de TMA foi essencialmente completada após aproximadamente 30 min, pela utili-zação de uma configuração mostrada na Figura 12.

[00255] Estes estudos demonstraram a reconstituição eficaz dos componentes da solução de arraste para regenerar a solução de arraste para uso em FO, em condições adequadas para uso em um sistema FO de laço fechado e contínuo.

EXEMPLO 13: Procedimento de osmose direta em larga escala

[00256] Materiais: A trimetilamina foi comprada como uma solução de 45% em peso em água e, usada como recebida de Sigma Aldrich. O cloreto de sódio foi comprado de VWR. O dióxido de carbono da classe Coleman (99,99%) foi adquirido da Air Liquide. A água desionizada (18 MQ-cm) foi fornecida usando um sistema Elga Purelab Pulse. As soluções de cloreto de sódio foram preparadas nas concentrações desejadas.

[00257] Lista de partes da unidade FO de maior escala: • Compatibilidade de material: aço inoxidável, politetrafluoro- etileno (PTFE), polietileno (PE), cloreto de polivinila (PVC) ou polipropi- leno (PP), como a trimetilamina não era compatível com latão ou PS = poliestireno; A borracha de viton e butila também pode degradar com o tempo • Elemento de membrana: Unidade PFO personalizada TCM- 1 (0,42 m2 área da membrana) • 4 x medidor de pressão ou sensor de pressão para manter a pressão na membrana abaixo de 0,5 bar (Swagelok PGI-63C-PG15- LAOX) • 2 ou 4 x reservatório, dependendo na exigência da configu-ração (Uline S-19418) • 2 x bombas de velocidade variável, oferecendo um taxa de fluxo máxima de 4-5 L/min (Controles de processo de ícones NEMA-4X: Bomba de diafragma motorizada Emec Prius, montagem em piso, ca-beçote de PVC com ventilação manual, anéis em O VITON, diafragma de PTFE, esferas de cerâmica, montagem de motor NEMA, quadro de alumínio revestido de Expoxy, ajuste manual do golpe, avaliado em 520LPH a 5 bar (70PSI), Motor DC, 3/4HP, 90VDC, armação 56C, fiação entre o controlador do motor e da velocidade, Invólucro Liquid Tite NEMA 4X, placa de montagem para controlador da velocidade do motor, 304SS (o que precede fornece marca, modelo e material de fabricação para as bombas)). • 2 x medidores de fluxo, se necessário, para determinar a taxa de fluxo (Medidor de Fluxo e Controlador, Controles de Processo de Ícones IPC32100ILCAN IPC3210038CAN, IPC8050CAN, IPC399001CAN e Fonte de Alimentação, Omega PSR-24L: Medidor de fluxo Signet de baixo fluxo de 1/2", corpo PVDF, extremidades de NPT, completo com controlador LCD que mostra a taxa de fluxo e total, faixa de fluxo de 0,3LPM a 3,8LPM (o precedente fornece marca, modelo e material de fabricação para os medidores)) • 2 ou 4 x escalas (apropriadas em tamanho para medir as massas da solução de alimentação e de arraste) • 2 x válvulas de alívio de pressão, dependendo da configu-ração (Swagelok KCB1C0A2A5P20000). • Tubos e válvulas (tubos de plástico HDPE e conectores comprados na loja de ferragens, como Rona, Home Depot, Canadian- Tire, Lowes, etc.) • Válvulas de três vias (McMaster Carr 4467K43) para alter-nar entre reservatórios conforme necessário • Consulte a Figura 19 para a configuração da unidade de FO em larga escala.

[00258] Operação de FO Em Larga Escala Representativa: Uma solução de cloreto de sódio (20 kg) foi carregada para um reservatório da solução de alimentação. A solução de trimetilamina ionizada (20 kg) foi carregada para um reservatório da solução de arraste. O bombeamento da solução de alimentação foi iniciado primeiro a uma taxa de fluxo lenta de ~0,5 L/min, com a solução de arraste bombeando a uma taxa de ~0,5 L/min. A taxa de fluxo da solução de alimentação foi então aumentada para uma taxa de fluxo desejado de ~2 L/min, seguido por uma taxa de fluxo da solução de arraste de ~2L/min. As balanças sob os reservatórios de alimentação e arraste foram taradas e um temporizador foi iniciado. As leituras de massa foram registradas em um intervalo de tempo desejado. O fluxo foi determinado com base nos primeiros 30 min de teste (consulte a Tabela 24, a Figura 15 e, a Figura 16 para detalhes sobre as operações específicas de FO).

[00259] Operação Representativa com Cloreto de Sódio Em Larga Escala: Uma solução com 3% em peso cloreto de sódio (20 kg) foi car-regada para um reservatório da solução de alimentação. A 12. Uma so-lução com 5% em peso solução de cloreto de sódio (20 kg) foi carregada para um reservatório da solução de arraste. O bombeamento da solução de alimentação foi iniciado primeiro a uma taxa de fluxo lenta de ~0,5 L/min, com a solução de arraste bombeando a uma taxa de ~0,5 L/min. A taxa de fluxo da solução de alimentação foi então aumentada para uma taxa de fluxo desejado de ~2 L/min, seguido por uma taxa de fluxo da solução de arraste de ~2L/min. As balanças sob os reservatórios de alimentação e arraste foram taradas e um temporizador foi iniciado. As leituras de massa foram registradas em um intervalo de tempo desejado. O fluxo foi determinado com base nos primeiros 30 min de teste (consulte a Tabela 24, a Figura 15 e, a Figura 16 para detalhes sobre as operações específicas de FO).

[00260] Resultados e Discussão: A célula de fluxo FO foi inicialmente executada pela utilização de soluções de alimentação de cloreto de sódio para imitar as diferenças de pressão osmótica que se esperava observar ao utilizar a solução de arraste de trimetilamina ionizada. Uma solução com 12,5% em peso de NaCl teve pressão osmótica similar a uma solução de trimetilamina ionizada a 33% em peso; portanto, o fluxo obtido ao utilizar uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e solução de arraste com 12,5% em peso de NaCl deve ser comparável ao fluxo obtido ao utilizar uma solução de alimentação com 3% em peso e uma solução de trimetilamina ionizada a 33% em peso. Uma operação foi feita pela utilização de solução de trimetilamina ionizada real para confirmar essa suposição.

EXEMPLO 14: desidratação de misturas de glicol/água pela utilização de solução de arraste com ~66% em peso de trimetilamina ionizada

[00261] Experimento: Uma amostra de água foi filtrada através de carbono ativado, para remover contaminantes coloridos, antes de usá- lo como uma solução de alimentação dentro da célula de fluxo de FO descrita no presente documento. A amostra de água filtrada (200 ml) foi carregada para uma garrafa de solução de alimentação e, a solução de arraste concentrada (100 ml) foi carregada para uma garrafa da solução de arraste. A tubulação foi descendida para cada solução de modo que a mesma não toque os lados ou fundo das garrafas que contém a solu-ção. A coleção de dados foi iniciada no software LabView, seguida do acionamento de uma bomba de circulação e temporizador. Após 30 se-gundos, as balanças sobre as quais as garrafas de solução foram colo-cadas foram taradas e, quaisquer pontos de dados coletados antes desse tempo foram removidos da análise (por exemplo, consulte o Exemplo 1; a Figura 1A).

[00262] Resultados e Discussão: O uso da osmose direta para superar um problema industrialmente relevante de separação de misturas de glicol/água foi investigado. Utilizar ~66% em peso de trimetilamina ioni-zada como uma solução de arraste e, uma mistura de glicol/água (obtida da Fielding Chemicals) como uma solução de alimentação dentro da célula de fluxo de FO descrita e acima no presente documento, obteve- se um fluxo de 6,1 L/m2/h. Um valor de fluxo baixo foi inesperado; no entanto, os glicóis podem contribuir para a pressão osmótica de uma solução e, portanto, podem ser um fator contribuinte para o valor de fluxo inferior ao esperado.

EXEMPLO 15: Calibração FT-IR para análise de trimetilamina e trimeti-lamina ionizada em solução

[00263] Preparação de Soluções Padrão: A trimetilamina aquosa (45% em peso) foi comprada de Sigma-Aldrich (cat # 92262). Diluições desta solução foram feitas com água desionizada para dar as concentrações apropriadas para análise.

[00264] A trimetilamina ionizada aquosa (66% em peso) foi gerada por meio da carbonação de porções de 2 L de 45% em peso trimetila- mina aquosa, por um mínimo de 30 minutos, a 9 bar com agitação a 600 rpm, em um reator Chemineer de 1 galão com configuração de alta pressão. As diluições desta solução foram feitas usando água desionizada para se obter concentrações adequadas para a análise.

[00265] Calibração por FT-IR de trimetilamina: Usando ATR-FT-IR (Espectrômetro Agilent Cary 630 FT-IR), aproximadamente 2 gotas de cada solução padrão foram depositadas em um sensor. Um espectro de água foi subtraído dos espectros resultantes. A área sob a curva, de 1.290 a 1.240 cm-1, centrada a 1.265 cm-1, foi registrado; uma curva de calibração foi gerada, em que a % em peso de TMA = [Área]/0,1847 (consulte a Tabela 1B e, a Figura 14).

[00266] Calibração ionizada de trimetilamina FT-IR: Usando ATR-FT- IR, aproximadamente 2 gotas de cada solução padrão foram depositadas em um sensor. Um espectro de água foi subtraído dos espectros resultantes. Área sob a curva, de 1.440 a 1.300 cm-1, centrada a 1.365 cm-1, foi registrada; uma curva de calibração foi gerada, em que a % em peso de trimetilamina ionizada = [Área]/2,6994 (consulte a Tabela 1C e, a Figura 1C). Tabela 1A. Fluxo (LMH), calculadas para a 1a hora de cada operação, de uma célula de fluxo equipada com uma solução de alimentação de NaCl a 3% em peso e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso *membrana TCM-3 falhou durante o segundo ensaio a 15% em peso de NaCl Tabela 1B. Dados da Curva de Calibração de FT-IR da trimetilamina Tabela 1C. Dados da Curva de Calibração de FT-IR do TMA ionizado Tabela 2. Valores de fluxo de sal invertido de % em peso de trimetilamina presente em soluções de alimentação, como calculados por GC-FID, para uma célula de fluxo equipada com soluções de alimentação de NaCl e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso *Média de três injeções para cada amostra. # membrana única usada para todas as operações. & Membrana que precisa ser trocada para ope-rações a 15% em peso de NaCl. A membrana TCM-3 falhou durante o segundo ensaio a 15% em peso de NaCl. Tabela 3. Valores de fluxo de sal invertido de % em peso de trimetilamina presente em soluções de alimentação, como calculados por GC-FID, para uma célula de fluxo equipada com uma solução de alimentação de NaCl e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso * Média de três injeções para cada amostra. + Apenas dois dos três cro- matogramas mostraram um pico para TMA. # A membrana fresca usada para cada corrida para garantir resultados foram independentes de qual-quer possível degradação da membrana. Tabela 4. Fluxo (valores (LMH), calculados durante a 1a hora de opera-ção da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação que compreende NaCl ou NaCl/CaCl2 (as solu-ções de alimentação que compreendem NaCl/CaCl2 indicadas por % de sólidos dissolvidos totais; % de TDS) a 25°C. Tabela 5. Valores de fluxo de sal invertido de % em peso de trimetila- mina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação que compreende NaCl ou NaCl/CaCl2 (as soluções de ali-mentação que compreendem NaCl/CaCl2 indicadas por % de sólidos dissolvidos totais; % de TDS). + Análise por GC-FID incluído para comparação Tabela 6. Valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a tem-peratura da solução de alimentação é variada. * Temperatura não controlada Tabela 7. Valores de fluxo de sal invertido da % em peso de trimetila- mina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de ali-mentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a temperatura da solução de alimentação é variada. * Temperatura não controlada Tabela 8. Valores de fluxo de sal invertido da % em peso de trimetila- mina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de ali-mentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada a 66% em peso, ao mesmo tempo que a temperatura é variada da solução de alimentação e de arraste. * Temperatura não controlada Tabela 9. Valores de fluxo (LMH), calculadas durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 33% em peso, enquanto o pH da solução de alimentação é variado Tabela 10. Valores de fluxo de sal invertido da % em peso de trimetila- mina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de ali-mentação de TDS a 6% em peso e uma solução de arraste de trimetila- mina ionizada a 33% em peso, enquanto o pH da solução de alimentação é variado. * % em peso Trimetilamina Ionizada é uma média de duas tentativas Tabela 11. Valores de fluxo (LMH), calculadas durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo e, valores de fluxo de sal inverso da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com solução de alimentação de água servida com < 1% em peso de TDS e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso. * água pós remoção de óleo, antes da suavização (teor de óleo ~2 ppm) A Cátion do ácido fraco permutado, pós-suavização Tabela 12: Análise inicial de ICP-OES (do Caduceon) de amostras de rejeitos de mineração, antes do tratamento FO. Tabela 13: análise por ICP-OES (de Caduceon) de rejeitos de mineração soluções de alimentação, em seguida ao tratamento de FO. Tabela 14: Valores de fluxo (LMH), calculadas durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação com rejeitos de mineração e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso. a Com base na redução de massa da alimentação dentro da primeira hora da operação da célula de fluxo FO. b Precipitados formados durante os dois ensaios; sem querer ser vincu-lado pela teoria, considerou-se que o precipitado suficiente pode ter se formado para incrustação a membrana e representar a menor redução em %. Tabela 15: Os valores de fluxo de sal inverso (fluxo inverso de sal) da % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação com rejeitos de mineração e uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso, ao longo de 48 horas. Tabela 16: Análise de parâmetros selecionados da análise de água servida municipal concentrada recebida antes e após o tratamento de FO a Valores são corrigidos para a concentração em solução de arraste;b Valores não são corrigidos para a concentração em solução de arraste;c Recuperado de arraste diluído após remoção de soluto de arraste;d Análise de água servida municipal recebida com amostra; θ Amostra de água servida municipal recebida foi enviada para análise independente por Caduceon antes do tratamento de FO. Tabela 17: Análise de parâmetros selecionados de águas servidas produzidas recebidas antes e após o tratamento de FO aágua recuperada da solução de arraste diluída após remoção de soluto de arraste;b Análise foi completada na Queen’s Analytical Services Unit Tabela 18: análise por ICP-OES (de Caduceon) de águas servidas produzidas recebidas antes e após o tratamento de FO Tabela 19: Valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de alimentação de água servida de refluxo e, uma solução de arraste de trimetilamina ionizada a 66% em peso Tabela 20: Análise de parâmetros selecionados para água servida de refluxo antes e após o tratamento de FO a Análise foi completada na Queen’s Analytical Services Unit Tabela 21: análise por ICP-OES (de Caduceon) de águas servidas de refluxo recebidas antes e após o tratamento de FO Tabela 23. A temperatura máxima para carbonação de 50 ml de 45% de TMA sob diversas pressões dinâmicas de dióxido de carbono. Tabela 24. Valores de fluxo (LMH), calculados durante a 1a hora de ope-ração da célula de fluxo e, valores de fluxo de sal inverso de % em peso de trimetilamina ionizada presente em soluções de alimentação, como calculados por FT-IR, para uma célula de fluxo FO equipada com uma solução de arraste com 12,5% em peso de NaCl e uma solução de ali-mentação de NaCl a 3% em peso, em uma célula de fluxo FO de larga escala. 1 Média de 2 operações Tabela 22: Tratamento de FO de soluções de alimentação simuladas e reais com soluções de arraste com TMA ionizado em célula de fluxo que utiliza membranas de módulo de fibra oca Tabela 22: -continuação- a Refere-se a pressão na entrada da solução de arraste;b Baseada na redução de massa da solução de alimentação; c Ao longo de período de tempo de seis horas;d Ao longo de um período de tempo de cinco horas; θ Ao longo de um período de tempo de seis horas e 30 minutos. Tabela 25: % de rejeição de TDS calculada para água de processo salobre tratada com permuta catiônica de ácido fraco e desprovida de óleo e tratada com FO, conforme determinado por análise por ICP-OES

[00267] Todas as publicações, patentes e pedidos de patentes men-cionados neste relatório descritivo são indicativos do nível de habilidade dos especialistas na técnica a que esta invenção pertence e são aqui incorporados a título de referência na mesma extensão como se cada publicação individual, patente ou pedidos de patente fosse especifica-mente e individualmente indicado para ser incorporado a título de refe-rência.

[00268] A invenção sendo assim descrita, será óbvio que a mesma pode ser variada de várias maneiras. Tais variações não devem ser con-sideradas como se afastando do espírito e do escopo da invenção e, todas as modificações que seriam óbvias para um especialista na téc-nica destinam-se a ser incluídas no escopo das reivindicações seguin-tes.

Claims (18)

1. Solução de arraste para um processo de osmose direta, caracterizada pelo fato de que compreende: água, e um soluto de arraste compreendendo trimetilamina ionizada e uma espécie aniônica em uma concentração adequada para agir como um contraíon para a trimetilamina ionizada, em que a concentração do soluto de arraste está entre 60 a 70% em peso.

2. Solução de arraste, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espécie aniônica é carbonato, bicarbonato ou uma combinação dos mesmos, e em que a fonte da espécie aniônica é gás CO2.

3. Processo para tratar um fluxo de alimentação aquoso, caracterizado pelo fato de que compreende: osmose direta usando a solução de arraste como definida na reivindicação 1; em que o fluxo de alimentação compreende > 5% em peso de sólidos dissolvidos totais; e em que a dita osmose direta compreende: a. introduzir o fluxo de alimentação em um lado de uma membrana semipermeável que é seletivamente permeável à água; b. introduzir a solução de arraste no outro lado da membrana semipermeável; e c. permitir o fluxo de água do fluxo de alimentação através da membrana semipermeável para a solução de arraste para formar um fluxo de alimentação concentrado e uma solução de arraste diluída.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação compreende entre 5 e 30% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 25% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 20% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 15% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 5 e 10% em peso de sólidos dissolvidos totais; ou, alternativamente, entre 6 e 10% em peso de sólidos dissolvidos totais; opcionalmente, em que os sólidos dissolvidos totais compreendem óxidos metálicos; minerais; íons monovalentes; íons bivalentes; íons trivalentes; ou qualquer combinação dos mesmos.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação: (a) está a uma temperatura < 20°C; ou, alternativamente, entre 0 e 15°C; ou, alternativamente, entre 0 e 10°C; ou, alternativamente entre 0 e 5°C; ou, alternativamente, entre 3 e 5°C; ou (b) está a uma temperatura >30°C - <60°C; ou, alternativamente, 30 e 50°C; ou, alternativamente, 30 e 40°C; ou, alternativamente, 30 e 35°C.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação: (a) tem um pH ácido; ou alternativamente, tem um pH < 6; ou, alternativamente, < 5; ou, alternativamente, < 3; ou (b) tem um pH básico; ou alternativamente, tem um pH > 8; ou, alternativamente, > 9; ou, alternativamente, > 11.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação compreende sólidos suspensos.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação compreende teor orgânico; opcionalmente em que o teor orgânico do fluxo de alimentação compreende compostos orgânicos suspensos ou solubilizados, carboidratos, polissacarídeos, proteínas, algas, vírus, matéria vegetal, matéria animal ou qualquer combinação dos mesmos.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação é água dura, água de processo, água produzida, água de refluxo, água residual ou qualquer combinação dos mesmos.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação é um fluxo de alimentação complexa que compreende teor orgânico e os sólidos suspensos.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: d. isolar o soluto de arraste da solução de arraste diluída, formando assim um fluxo de água pufificada; e e. reconstituir a solução de arraste concentrada a partir do soluto de arraste isolado.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o fluxo de água pufificada compreende <0,5% em peso dos sólidos dissolvidos total.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 12, caracterizado pelo fato de que o processo é: i) um processo fechado; ii) um processo em ciclo contínuo; ou iii) uma combinação dos mesmos.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a separação do soluto de arraste a partir da solução de arraste diluída compreende: osmose reversa; volatilização; aquecimento; um gás de descarga; um vácuo ou vácuo parcial; agitação; ou qualquer combinação dos mesmos; ou em que reconstituir a solução de arraste concentrada compreende: a. introduzir um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono, em uma solução aquosa de trimetilamina; b. introduzir trimetilamina em uma solução aquosa de um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono; c. introduzir simultaneamente trimetilamina e um acionador ionizante tal como dióxido de carbono em uma solução aquosa; ou d. qualquer combinação dos mesmos.

15. Sistema de osmose direta para realização do método como definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende: a solução de arraste como definida na reivindicação 1; e pelo menos um elemento de osmose direta que compreende: uma membrana semipermeável que é seletivamente permeável à água, tendo um primeiro lado e um segundo lado; pelo menos uma porta para colocar um fluxo de alimentação em comunicação fluida com o primeiro lado da membrana, em que o fluxo de alimentação compreende > 5% em peso dos sólidos dissolvidos totais; e pelo menos uma porta para colocar a solução de arraste em comunicação fluida com o segundo lado da membrana, em que a água flui do fluxo de alimentação através da membrana semipermeável para a solução de arraste para formar um fluxo de alimentação concentrado e uma solução de arraste diluída.

16. Sistema de osmose direta, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema para regenerar a solução de arraste que compreende: a. meios para isolar os solutos de arraste ou formas não ionizadas dos solutos de arraste da solução de arraste diluída; b. meios para reconstituir a solução de arraste dos solutos de arraste isolados ou das formas não ionizadas dos solutos de arraste.

17. Sistema de osmose direta, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o sistema é: i) fechado; ii) em ciclo contínuo; ou iii) uma combinação dos mesmos.

18. Sistema de osmose direta, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os meios para isolar o soluto de arraste da solução de arraste diluída compreendem: um sistema de osmose reversa; volatilização; aquecimento; um gás de descarga; um vácuo ou vácuo parcial; agitação; ou qualquer combinação dos mesmos; ou em que os meios para reconstituir a solução de arraste dos solutos de arraste isolados ou das formas não ionizadas dos solutos de arraste compreendem: a. meios para introduzir um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono, em uma solução aquosa de trimetilamina; b. meios para introduzir trimetilamina em uma solução aquosa de um acionador ionizante, tal como dióxido de carbono; c. meios para introduzir simultaneamente trimetilamina e um acionador ionizante tal como dióxido de carbono em uma solução aquosa; ou d. qualquer combinação dos mesmos.