BR112020014790A2 - Dispositivo e processo para geração de bolhas de gas em um líquido - Google Patents

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Matan Beery
Johanna Schulz
Gregor Tychek
Thorsten Gabrys
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Akvola Technologies GmbH
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Abstract

a presente invenção refere-se a um dispositivo (1) para geração de bolhas de gás em um líquido no recipiente, compreendendo pelo menos um eixo oco (3) permeável a gases, rotatório, disposto em pelo menos um recipiente, discos de gaseificação (4) e distanciadores (5) dispostos entre os discos de gaseificação (4), dispostos sobre o dito pelo menos um eixo oco (3), sendo que discos de gaseificação (4) e distanciadores (5) estão dispostos alternadamente sobre o eixo oco (3) em um contato vedante a gases em relação um ao outro, pelo menos uma linha de alimentação (2) para o dito pelo menos um gás comprimido para alimentação ao espaço interno do dito pelo menos um eixo oco (3) rotatório, sendo que cada um dos distanciadores (5) apresenta pelo menos uma abertura centrada (o) para recepção do eixo oco (3) e pelo menos duas câmaras (k1, k2), sendo que as ditas pelo menos duas câmaras (k1, k2) estão dispostas em torno da abertura (o) com distanciamento regular, sendo que a abertura centrada (o) e as ditas pelo menos duas câmaras (k1, k2) se sobrepõem, pelo menos parcialmente, sendo que a abertura centrada e as ditas pelo menos duas câmaras (k1, k4) estão em comunicação aberta entre si pelo menos na região de sobreposição, de modo que o gás comprimido pode fluir do eixo oco (3) para pelo menos uma respectiva câmara (k1, k2) do distanciador (5) e da dita pelo menos uma câmara (k1, k2) do distanciador (5) para dentro dos discos de gaseifi-cação (4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPO-
SITIVO E PROCESSO PARA GERAÇÃO DE BOLHAS DE GAS EM UM LÍQUIDO".
[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para gera- ção de bolhas de gás e com o uso de tal dispositivo, a uma instalação para purificação de água compreendendo tal dispositivo e a um pro- cesso para purificação de água com o uso de tal instalação. Descrição
[002] Bolhas de gás em líquidos são necessárias para uma série de aplicações diferentes, como por exemplo, para a finalidade de libe- ração de gás no líquido. Um campo de aplicação cada vez mais inte- ressante e mais importante de bolhas de gás em líquidos é represen- tado pela purificação de água e de outros líquidos no âmbito de um chamado processo de flotação.
[003] Flotação é um processo de separação por força da gravi- dade para separação de sistemas sólido-líquido ou líquido-líquido. Nesse caso, bolhas de gás, por exemplo, de ar, são geradas e intro- duzidas na fase líquida, sendo que partículas hidrofóbicas que se en- contram na fase líquida, como por exemplo, materiais orgânicos ou produtos residuais biológicos, depositam-se nessas bolhas igualmente hidrofóbicas e, através do impulso provocado pelas bolhas de ar, so- bem para a superfície. Na superfície da fase líquida esses aglomera- dos acumulam-se formando uma camada de lama, a qual pode ser separada mecanicamente com facilidade.
[004] O efeito de flotação está configurado então tanto mais in- tensamente quanto mais alta a superfície específica dos gases ascen- dentes, na qual as partículas hidrofóbicas provenientes da água a ser purificada podem acumular-se. De maneira correspondente, é desejá- vel a configuração de minúsculas bolhas com diâmetros de 10 a 100pum em forma de um enxame de bolhas (também chamadas de
"white water" = água branca).
[005] Uma possibilidade de introdução de gás em forma de mi- núsculas bolhas no líquido a ser purificado é provocada por meio do processo DAF (dissolved air flotation) conhecido. Nesse caso, um gás presente em forma dissolvida em um líquido com elevada pressão é introduzido no líquido a ser purificado e, através da queda de pressão no líquido a ser purificado, o gás escapa em forma de bolhas minúscu- las as quais apesentam um diâmetro na faixa de micrômetros. Entre- tanto, o processo DAF possibilita uma separação muito boa de micro- algas de outros organismos minúsculos, óleos, coloides, bem como outras partículas orgânicas e inorgânicas de água suja altamente car- regada requer um consumo de energia relativamente alto em virtude da introdução de ar no líquido por meio de uma coluna de saturação ligada a um consumo de energia elevado. A temperaturas altas (supe- riores a 30 Celsius) e teor de sal (superior a 30.000 ppm) o processo funciona de maneira cada vez mais ineficiente e também até não fun- ciona mais.
[006] Outra possibilidade de introdução de minúsculas bolhas de gás em um líquido com o uso do consumo de energia elevado que ocorre no âmbito do processo DAF está descrita, entre outros, no do- cumento WO 2013/167358 A1, na qual a entrada de gás ocorre por meio de uma injeção direta de um gás através de uma membrana de gaseificação no líquido a ser purificado. Nesse caso, a corrente de re- ciclagem usual no processo DAF e a coluna de saturação são omiti- das, uma vez que o gás pode ser retirado, por exemplo, diretamente de uma linha de ar comprimido ou um frasco de gás.
[007] No documento WO2016/180853 é descrito um dispositivo para geração de bolhas de gás em um líquido, especialmente de mi- crobolhas, as quais possibilitam uma geração de bolhas por meio de discos gaseificação adequados. O gás comprimido é introduzido, para isso, no eixo oco rotatório montado horizontalmente (a partir de um eixo oco interno, menor e externo, maior) e conduzido ao líquido atra- vés de discos de gaseificação que consistem, por exemplo, em uma membrana cerâmica com um canal de gás. Através do uso de dois ei- xos ocos que ficam um dentro do outro é possibilitada uma distribuição de pressão uniforme e simétrica dentro do eixo oco maior. Assim os discos são abastecidos com gás simetricamente e se alcança uma produção de bolhas uniforme no meio a ser gaseificado. Entretanto, nesse caso a construção dispendiosa de um eixo oco interno e um ex- terno e a disposição prevista, necessária dos discos de gaseificação, através de uma abertura de alimentação de gás no eixo oco externo, para provocar uma entrada eficiente de gás nos discos de gaseifica- ção, são desvantajosas.
[008] O objetivo da seguinte invenção consiste, portanto, em pro- ver um dispositivo para geração de bolhas de gás em um líquido, o qual é produzível de maneira econômica e possibilita um uso técnico grande, econômico, praticável e de longa duração, especialmente no âmbito da purificação de água suja ou água salgada.
[009] Este objetivo é alcançado com um dispositivo que tem as características da reivindicação 1.
[0010] De maneira correspondente, o dispositivo para geração de bolhas de gás em um líquido é provido em um recipiente, sendo que o dispositivo compreende os seguintes elementos: - pelo menos um eixo oco permeável a gás, rotatório, dis- posto em pelo menos um recipiente, - discos de gaseificação dispostos no dito pelo menos um eixo oco e distanciadores dispostos entre os discos de gaseificação, sendo que discos de gaseificação e distanciadores estão dispostos em um contato vedante a gás em relação um ou outro, alternadamente sobre o eixo oco,
- pelo menos uma linha de alimentação para pelo menos um gás comprimido no espaço interno do pelo menos um eixo oco ro- tatório.
[0011] De acordo com a invenção cada um dos distanciadores apresenta pelo menos uma abertura centrada (O) para recepção do eixo oco e pelo menos duas câmaras (K1, K2), sendo que as ditas pe- lo menos duas câmaras (K1, K2) estão dispostas com distanciamento uniforme em torno da abertura centrada (O).
[0012] De acordo com a invenção os raios da abertura centrada (O) se sobrepões ou intersectam e os raios das pelo menos duas câ- maras (K1, K2) ficam em comunicação aberta entre si pelo menos na região de sobreposição. Em outras palavras, a região de sobreposição é livre de material.
[0013] A comunicação aberta da abertura centrada e das câmaras possibilita um afluxo do gás comprimido a partir do eixo oco para pelo menos uma respectiva câmara (K1, K2) do distanciador. O gás pode penetrar ainda mais a partir da pelo menos uma câmara (K1, K2 do distanciador nos discos de gaseificação.
[0014] Como preferivelmente um disco de gaseificação está dis- posto entre dois distanciadores, o gás é conduzido a partir de pelo menos uma câmara do distanciador enchida com gás para o espaço intermediário entre dois distanciadores, sendo que o espaço interme- diário está preenchido por um disco de gaseificação e, a partir desse espaço intermediário, passando por aberturas de alimentação de gás ou entrada de gás no disco de gaseificação, conduzido ao disco de gaseificação. Assim os discos são abastecidos com gás simetricamen- te e alcança-se uma produção de microbolhas no meio a ser gaseifi- cado ou no líquido a ser purificado.
[0015] Em uma modalidade preferida o presente dispositivo com- preende pelo menos um eixo oco permeável gás rotatório disposto ho-
rizontalmente no pelo menos um recipiente.
[0016] Os discos de gaseificação podem apresentar qualquer for- ma geométrica que seja possível e adequada para a função descrita dos discos de gaseificação.
[0017] Em uma modalidade preferida, nesse pelo menos um eixo oco estão previstos discos de gaseificação circulares verticais ao eixo oco, e entre os discos de gaseificação estão previstos distanciadores circulares, sendo que discos de gaseificação e distanciadores estão dispostos de maneira alternada sobre o eixo oco em contato vedante ao gás em relação um ao outro.
[0018] Em outra modalidade preferida cada um dos distanciadores apresenta pelo menos uma abertura (O) circular centrada para recep- ção do eixo oco e pelo menos três câmaras circulares (K1, K2, K3), sendo que as pelo menos três câmaras (K1, K2, K3) estão distancia- das regularmente em torno da abertura centrada (O). A disposição das três câmaras pode ser descrita também com a geometria de um trevo de três folhas. Porém, é geralmente possível também que o distancia- dor apresente mais de três, p.ex., quatro, cinco ou seis câmaras. Es- sas câmaras podem estar configuradas também em forma de segmen- tos de círculo.
[0019] Como será detalhado mais adiante, a membrana cerâmica apresenta, por exemplo, um tamanho de poro de dois micrômetros, o qual condiciona a formação de bolhas com um tamanho de bolha entre 40 a 60pum. Em virtude da rotação do eixo oco e dos discos cerâmicos apoiados sobre o eixo oco, forças de cisalhamento atuam sobre as bo- lhas de gás que saem dos discos cerâmicos, as quais têm influência sobre o tamanho das bolhas de gás e do enxame de bolhas. A própria intensidade ou o tamanho da força de cisalhamento atuante tem uma influência direta sobre a efetividade da formação de bolhas. A própria intensidade das forças de cisalhamento, por sua vez, é influenciada pela velocidade de rotação do eixo oco, sendo que a velocidade de rotação do eixo oco pode ser de até 400 rpm.
[0020] Nas bolhas formadas no líquido em forma de um enxame de bolhas acumulam-se, em seguida, as partículas de sujeira que se encontram no líquido (por exemplo, matéria orgânica ou matéria inor- gânica) e sobem para a superfície do líquido em forma de um aglome- rado de bolhas de gás correspondente. A camada de matéria sólida formada em seguida na superfície do líquido pode ser separada me- canicamente depois. Através da combinação específica de injeção de gás (direta) na linha de alimentação e no eixo oco, bem como da dis- posição vertical dos distanciadores e dos discos de gaseificação sobre o eixo oco horizontal, a geração de bolhas minúsculas é possibilitada de uma maneira enérgica e, portanto, econômica, a qual torna signifi- cativa uma aplicação do dispositivo em grande escala.
[0021] Como exposto acima, cada distanciador apresenta pelo menos uma abertura centrada (O) com um diâmetro dO para recepção do eixo oco e pelo menos duas, especialmente três câmaras circulares (K1, K2, K3) com um respectivo diâmetro dK1, dK2, dK3.
[0022] Preferivelmente as geometrias, especialmente o diâmetro das câmaras do distanciador são iguais. Em uma variante esses diâ- metros ficam entre 5 e 50 mm, preferivelmente entre 15 e 50 mm, pre- ferivelmente entre 20 e 35mm.
[0023] Em uma variante os diâmetros das câmaras são iguais e iguais a dO. Porém, é possível também que os diâmetros das câmaras são iguais, mas não são iguais dO. Neste último caso, dO pode ser, por exemplo, entre 15 e 20Omm e o diâmetro das câmaras podem ser inferiores a 10mm, por exemplo, entre 5 e 10mm.
[0024] Geralmente os diâmetros das câmaras e o dO e, com isso, do eixo e das câmaras são variáveis e são ajustados um ao outro.
[0025] A espessura do distanciador é dependente da largura do tanque em que o presente dispositivo é usado e do número dos discos de gaseificação, necessários para gaseificação. Em uma modalidade o distanciador está configurado inteiriço. Geralmente, porém, é possí- vel e imaginável também produzir o distanciador de várias partes (por exemplo, três partes) e ligar essas partes de maneira vedada a gases e com fecho devido à força, por exemplo, por colagem ou soldagem.
[0026] Em outra modalidade o distanciador está formado de um material metálico ou não metálico, preferivelmente material sintético. Como material preferido pode ser usado, por exemplo, polioximetileno (POM) ou poli(cloreto de vinila) PVC).
[0027] Em outra modalidade o dito pelo menos um distanciador apresenta, com um diâmetro externo dAaussen pelo menos de um lado circular, um escalão com um diâmetro dAanvsatiz, sendo que o dAnvsatz É menor do que O dAaussen. O diâmetro ou raio do escalão é, portanto, menor do que o diâmetro total do distanciador. Assim o diâmetro ex- terno dAÃaussen está entre 50 e 150mm, preferivelmente entre 70 e 120mm, de modo especialmente preferido entre 90 e 110 mm, e o di- âmetro de escalação dAnvsat entre 30 e 100mm, preferivelmente entre 50 e 90mm. Em uma variante o dAaussen é, por exemplo, de 110mMm e o dAanbsatz É, por exemplo, de 89,9mm. Geralmente vale que o diâmetro de escalão dependa do diâmetro interno do disco de gaseificação.
[0028] Esse pelo menos um escalão do distanciador serve para recepção do disco de gaseificação. Especialmente o escalão pode ser descrito como escalão centrado, sobre o qual é colocado o disco de gaseificação. Adicionalmente está prevista uma ranhura (ranhura O- Ring) para a vedação entre o disco de gaseificação e o distanciador. O contato vedante a gases entre distanciador e disco de gaseificação é provocado através de colocação do disco de gaseificação sobre o es- calão do distanciador, e a vedação entre o disco de gaseificação e o distanciador (no raio externo do distanciador) é provocada através do anel-O inserido.
[0029] Em uma modalidade o disco de gaseificação está presente em forma de um anel com uma circunferência com um diâmetro inter- no dBinmen E uma circunferência externa com um diâmetro externo dBaussen, Sendo que o diâmetro interno dBinnen do disco de gaseificação (com uma pequena tolerância de cerca de 2/10mm) corresponde ao diâmetro dAnvsatz do escalão (centrado) do distanciador.
[0030] Em outra modalidade do presente dispositivo o disco de gaseificação apresenta aberturas de gás distribuídas regularmente ao longo do perímetro interno. Assim as aberturas podem ser de cerca de 2Xx5mm e estar dispostas com um distanciamento de 18mMm uma da outra. Tamanho e distanciamento das aberturas de gás, porém, podem ser escolhidos à vontade.
[0031] O gás que aflui para dentro da câmara do distanciador atra- vés do eixo oco distribui-se no espaço intermediário preenchido pelo disco de gaseificação (de modo impermeável a gases) entre dois dis- tanciadores e entra nas aberturas de gás do disco de gaseificação.
[0032] O disco de gaseificação apresenta tipicamente um diâmetro externo entre 100 e 500mm, preferivelmente entre 150 e 350mm. Ce- râmica mostrou-se apropriada como material especialmente adequado para os discos de gaseificação, especialmente óxido de alumínio a- Al2O3. Porém, outros óxidos cerâmicos e não-óxidos também, como carboneto de silício ou óxido de zircônio são empregáveis.
[0033] Em outra modalidade do presente dispositivo o pelo menos um disco de gaseificação consiste em um material cerâmico com um tamanho de poros médio entre 0,05pum e 20um, preferivelmente 0,1um e 10um, de modo especialmente preferido entre 2 e sum. Um tamanho de poros de 2 ou 3um é o mais vantajoso.
[0034] O diâmetro de bolhas médio das bolhas de gás introduzidas no líquido através do disco de gaseificação ou da membrana de gasei-
ficação pode estar entre 10um e 200um, preferivelmente entre 20um e 100um, de modo especialmente preferido 30um e 80um, de modo bem especialmente preferido 50um. A geração de bolhas na membrana de gaseificação ou no disco de gaseificação pode ser influenciada espe- cialmente através de uma corrente de volume de gás ou da pressão. Quanto mais alta a pressão tanto mais e maiores bolhas ocorrem. À corrente volumétrica ajustada tem importância secundária no presente caso.
[0035] Está previsto ainda que, no dito pelo menos um eixo oco rotatório esteja disposto entre 2 e 100, preferivelmente entre 10 e 50, de modo especialmente preferido entre 15 e 30 discos de gasificação e distanciadores.
[0036] Em uma variante do presente dispositivo, o dito pelo menos um eixo oco gira com uma velocidade de rotação entre 500 e 400 rpm, preferivelmente entre 100 e 300 rpm, de modo especialmente preferido entre 180 e 220 rpm. A velocidade de rotação depende do tamanho do disco de gaseificação. Assim a velocidade de rotação no caso de dis- cos de gaseificação pequenos (p.ex., d = 152mm) pode ficar em 180- 200, enquanto que a velocidade de rotação com discos de gaseifica- ção grandes (p.ex., d = 315mm) pode ficar em 100-120 rpm. A veloci- dade de rotação do eixo oco e, com isso, também a velocidade de ro- tação dos discos de gaseificação como também quantidade de gás e pressão de gás podem ser alteradas online (live) durante a operação do dispositivo, dependendo da formação de bolhas desejada, isto é, a quantidade e o tamanho das bolhas.
[0037] Em outra variante do presente dispositivo o pelo menos um gás comprimido a ser introduzido é selecionado de um grupo consis- tindo em ar, dióxido de carbono, nitrogênio, ozônio, metano ou gás na- tural. Metano é usado especialmente na remoção de óleo e gás de um líquido, como por exemplo, no caso da purificação de um líquido que ocorre quando do faturamento. Ozônio, por sua vez, pode ser usado em virtude de suas propriedades oxidantes e antibacterianas para puri- ficação de água da aquicultura.
[0038] O gás comprimido, como descrito acima, é introduzido na pelo menos uma linha de alimentação e depois no eixo oco diretamen- te sem suporte de líquido. De maneira correspondente ocorre uma in- jeção direta do gás comprimido diretamente de um reservatório de gás, como por exemplo, um frasco de gás, ou de uma linha de gás cor- respondente. Portanto, o gás não precisa de suporte de líquido, como é pressuposto, por exemplo, no caso do DAF, de modo que uma cor- rente de reciclagem e uma coluna de saturação são omitidas e tam- bém não é requerida energia de compactação para alcançar um alto nível de pressão na corrente de reciclagem DAF. Outra vantagem da injeção direta de um gás comprimido sem suporte de líquido é a de que se possibilita uma geração de microbolhas de baixa energia.
[0039] A pressão de gás do gás introduzido no dito pelo menos um eixo oco fica entre 1 e 5 bar, preferivelmente entre 2 e 3 bar. Para al- cançar esse nível de pressão no eixo oco, o pelo menos um gás com- primido é introduzido na linha de gás com uma pressão entre 5 e 10 bar. Em geral vale que a pressão do gás introduzido tem que ser mais elevada do que a soma de pressão no eixo e perdas de pressão. À linha de pressão dentro do eixo oco é preferivelmente constante.
[0040] Em outa variante do presente dispositivo o pelo menos um eixo oco está produzido de aço refinado, como por exemplo V2A ou 4VA, material Duplex ou Super Duplex, ou material sintético. O diâme- tro total do eixo oco fica entre 10 e 50mm.
[0041] O eixo oco consiste em um material permeável ao gás (p.ex., material perfurado), de modo que o gás possa entrar na câmara do distanciador e daí no disco de gaseificação a partir do espaço inter- no do eixo oco. A permeabilidade a gases do material do eixo oco po-
de ser provocada através de furos com um diâmetro de 1 a 5mm, os quais estão dispostos ou distribuídos em diversas posições. Seria imaginável também o uso de fendas feitas no material ou de uma rede (rígida).
[0042] O eixo oco tem, em suas duas extremidades, uma chamada peça terminal de eixo. As peças terminais de eixo servem para, primei- ramente, para fechamento hermético da combinação discos de gasei- ficação-distanciadores, em segundo lugar para tensionamento dessa combinação e, em terceiro lugar, para recepção de um apoio de eixo correspondente do eixo oco. Está previsto ainda que o pelo menos um eixo oco esteja disposto com mancais correspondentes em dois res- pectivos apoios de eixo através das peças terminais de eixo.
[0043] Em uma extremidade ou em uma peça terminal de eixo, em uma variante especial, estão previstos em comum a dita pelo menos uma linha de alimentação para o gás comprimido no eixo oco e pelo menos um acionamento para rotação do eixo oco. Alimentação de ar e acionamento de eixo oco estão dispostos, portanto, no mesmo lado ou na mesma extremidade do eixo oco em uma parte. Porém, é possível também que ar de alimentação e acionamento estejam previstos em diferentes extremidades ou em extremidades opostas do eixo oco. À vedação e alimentação de ar no lado de acionamento ocorre com o auxílio de uma vedação de anel deslizante modificada. Motores para acionamento de eixos ocos são conhecidos e podem ser escolhidos de diversas maneiras em função do tamanho da instalação.
[0044] A peça terminal de eixo de acionamento e alimentação de gás está ligada por material ao eixo oco. Assim resulta uma ligação vedada ao gás e resistente à tração e à torção. No lado oposto ao aci- onamento encontra-se uma porca de eixo. O eixo externo serve como tirante de ancoragem. Através da peça terminal de eixo assentada no eixo oco de modo deslocável, no lado voltado para a unidade de acio-
namento, através do aperto da porca de eixo, a combinação discos de gaseificação-distanciadores, com os anéis-O intermediários, é tensio- nada e vedada à prova de gás para o meio.
[0045] A disposição da unidade de acionamento para o dispositivo pode estar disposta fora ou dentro da bacia ou do recipiente em que o dispositivo é mergulhado ou usado.
[0046] O dispositivo de acordo com a invenção é usado em um processo para geração de bolhas de gás em um líquido em um recipi- ente, sendo eu o processo compreende as seguintes etapas: - introdução de um gás comprimido na dita pelo menos uma linha de alimentação, sendo que o gás comprimido preferivelmente é introduzido diretamente na linha de alimentação sem suporte de líqui- do; - introdução do gás comprimido no espaço interno do dito pelo menos um eixo oco rotatório, disposto especialmente de modo horizontal, sendo que o dito pelo menos um eixo oco gira com uma velocidade de rotação entre 50 e 400 rpm, preferivelmente entre 100 e 300 rpm, de modo especialmente preferido entre 180 e 220 rpm, e - introdução do gás comprimido no líquido com geração de bolhas de gás, através dos espaçadores e discos de gaseificação dis- postos de modo especialmente vertical sobre o eixo oco rotatório.
[0047] Com o presente processo é possível gerar bolhas no líquido com um tamanho de bolha entre 1um e 200um, preferivelmente entre 20upm e 100um, de modo especialmente preferido entre 30um e 89um, de modo bem especialmente preferido entre 45um e 50um.
[0048] Em uma variante preferida o presente dispositivo para ge- ração de bolhas de gás é usado em uma instalação para purificação de um líquido, preferivelmente de água, especialmente para purifica- ção de água salgada ou limpeza prévia da mesma, de águas residuais contendo lama e outros líquidos poluídos.
[0049] Tal instalação para purificação de um líquido, como por exemplo, água, compreende pelo menos um recipiente com um dispo- sitivo para geração de bolhas de gás de acordo com a descrição acima e pelo menos um recipiente (célula de flotação) para recepção do dito pelo menos um líquido provido de bolhas de gás, sendo que esse reci- piente apresenta pelo menos uma unidade de filtração para separação de componentes orgânicos contidos no líquido.
[0050] Em uma variante do presente dispositivo o recipiente, a montante do recipiente com o dispositivo para geração de bolhas de gás pode estar ligada uma unidade de floculação para recepção do líquido a ser purificado e para recepção de pelo menos um meio de floculação para floculação de componentes contidos no líquido.
[0051] Em outra variante da presente instalação a dita pelo menos uma unidade de floculação, o dito pelo menos um dispositivo para ge- ração de bolhas de gás e o dito pelo menos um recipiente (célula de flotação) com a dita pelo menos uma unidade de flotação estão dis- postas em relação um ao outro de tal modo, que eles ficam em comu- nicação fluida entre si, de modo que o líquido a ser purificado, provido do agente de floculação, é transportado a partir da unidade de flocula- ção para o dispositivo para geração de bolhas de gás e em seguida deste dispositivo para o recipiente (célula de flotação) com a unidade de filtração.
[0052] A unidade de floculação pode estar configurada como uma unidade separada dos outros recipientes ou estar ligada aos outros recipientes de modo inteiriço. Ao líquido a ser purificado, como por exemplo, a água a ser purificada, é introduzido um agente de flocula- ção adequado, como por exemplo, sais de Fe?** ou AI**, por exemplo, FeCl3, e misturado intensivamente com o líquido eventualmente com o uso de um agitador de um misturador estático. O líquido adicionado de agente de floculação na unidade de floculação é passado em seguida,
preferivelmente para o pelo menos um recipiente com o dispositivo pa- ra geração de bolhas de ar em forma de corrente de líquido, sendo que a corrente de líquido neste recipiente é adicionado de bolhas de gás introduzidas através do dispositivo para geração de bolhas de gás.
[0053] O aglomerado de bolhas de gás e componentes orgânicos floculados que ser forma então é alimentado em seguida no outro reci- piente (célula de floculação) com uma unidade de filtração, sendo que o aglomerado de bolhas de gás e os componentes orgânicos sobem para a superfície do líquido na célula de flotação, acumulam-se aí e são separados mecanicamente. O líquido libertado da maioria dos componentes orgânicos desta maneira é retirado finalmente através da unidade de filtração disposta na superfície de fundo da célula de flota- ção e alimentado a outras etapas de tratamento. De maneira corres- pondente, em uma modalidade da presente instalação, a dita pelo me- nos uma unidade de flotação está abaixo da camada formada através os componentes orgânicos floculados, elevados. É especialmente pre- ferido que a dita pelo menos uma unidade de filtração esteja disposta no fundo da célula de flotação e esteja prevista imersa de maneira cor- respondente na região de líquido.
[0054] A unidade de filtração apresenta especialmente uma forma retangular adaptada ao recipiente (célula de flotação). O comprimento da unidade de filtração corresponde preferivelmente a 0,5 - O, 8 vezes, de modo especialmente preferido a 0,8 vezes a largura da célula de flotação. Assim a unidade de filtração não se estende completamente por toda a largura da célula de flotação, mas sim apresenta, em vez disso, um pequeno distanciamento das paredes laterais alongadas da mesma. Na altura a unidade de filtração está configurada de tal modo, que esta última corresponde à altura do recipiente (célula de flotação) em uma faixa de 0,1 a 0,9 vez, preferivelmente 0,6 a 0,7 vez. Natural- mente outras dimensões também são possíveis para a unidade de flo-
tação a ser usada.
[0055] Em uma modalidade preferida está presente a dita pelo menos uma unidade de flotação em forma de uma membrana de filtra- ção cerâmica, especialmente em forma de uma membrana de micro ou ultrafiltração. Tais membranas de filtração cerâmicas apresentam uma resistência química elevada e longa duração. Além disso, mem- branas de filtração cerâmicas são permeáveis à água e são menos propensas a incrustação (Fouling), uma vez que elas apresentam uma elevada hidrofiidade do que membranas poliméricas. Em virtude de sua estabilidade mecânica não é requerido nenhum peneiramento. Mostrou-se especialmente adequado um módulo de membrana que apresenta um tamanho de poros médio de 20nm a 500nm, preferivel- mente de 100nNm a 300nm, de modo especialmente preferido de 200nm. O módulo de membrana de filtração preferivelmente usado pode surgir de várias placas, um ou vários tubos ou outras formas ge- ométricas. Mostrou-se especialmente adequado como material cerâ- mico óxido de alumínio em forma de a-Al2O3, porém outros óxidos ou não-óxidos cerâmicos como carboneto de silício ou óxido de zircônio podem ser usados na unidade de filtração.
[0056] Em outra modalidade preferida a instalação compreende, aqui especialmente a célula de flotação, um meio para ventilação da unidade de flotação, para ventilar a dita pelo menos uma unidade de flotação de maneira adequada. Um meio de ventilação adequado pode estar presente, por exemplo, em forma de mangueiras ou tubos perfu- rados. O meio de ventilação pode ser alimentado com ar, para aplicar maiores forças de cisalhamento sobre a superfície da unidade de fil- tração para evitar ou minimizar incrustação (Fouling) sobre a superfície da membrana. Outas possibilidades de impedir, por exemplo, redução do "Fouling" da unidade de filtração são o tratamento com substâncias químicas adequadas, como ácido cítrico para impedir uma Fouling or-
gânico ou um agente oxidante adequado, como por exemplo, cloreto de sódio para redução de Fouling biológico.
[0057] De maneira correspondente a instalação descrita pode ser usada em um processo para purificação de um líquido, especialmente para purificação de água, como por exemplo, para purificação ou pré- purificação de água do mar. Tal processo compreende então as eta- pas de: - introdução ótima do líquido a ser purificado em pelo me- nos uma unidade de floculação e alimentação de pelo menos um agente de floculação ao líquido a ser purificado para floculação de componentes contidos no líquido, como por exemplo, componentes orgânicos, - passagem do líquido acrescido do pelo menos um agente de floculação de maneira ótima em pelo menos um recipiente ligado a jusante com um dispositivo para gerar bolhas de gás e contatar o lí- quido acrescido do agente de floculação de maneira ótima com as bo- lhas de gás introduzidas nesse recipiente para configuração de um aglomerado de bolhas de gás, especialmente de um aglomerado flo- cos-microbolhas de gás, - passagem do líquido acrescido das bolhas de gás e do agente de floculação ótimo para uma célula de flotação, sendo que o aglomerado de bolhas de ar que subiu para a superfície da célula de flotação é separado, e - retirada do líquido liberado do aglomerado de bolhas de gás através da unidade de filtração disposta na célula de flotação, e - alimentação do líquido retirado através da unidade de fil- tração a outras etapas de tratamento.
[0058] O presente processo representa, de maneira corresponden- te, um processo híbrido de geração de bolhas de gás com o uso de discos de gaseificação dispostos verticalmente sobre um eixo oco, mi-
croflotação e filtração por membrana em uma unidade de dispositivo singular.
[0059] A invenção é esclarecida mais detalhadamente a seguir com referência às figuras dos desenhos no exemplo de realização. São mostrados:
[0060] Figura 1A: uma vista lateral esquemática de um dispositivo para geração de bolhas de gás em um líquido de acordo com uma modalidade,
[0061] Figura 1B: uma segunda vista lateral esquemática de um dispositivo para geração de bolhas de gás em um líquido de acordo com uma modalidade,
[0062] Figura 2A: uma primeira vista lateral esquemática de um distanciador usado no dispositivo para geração de bolhas de ar em um líquido;
[0063] Figura 2B: uma segunda vista esquemática de um distanci- ador usado no dispositivo para geração de bolhas de gás em um líqui- do;
[0064] Figura 2C: uma terceira vista esquemática de um distancia- dor usado no dispositivo para geração de bolhas de gás em um líqui- do;
[0065] Figura 3A: uma vista esquemática de uma peça terminal de eixo do eixo oco com alimentação de ar e acionamento;
[0066] Figura 3B: uma vista esquemática de uma primeira variante de uma disposição de uma unidade de acionamento para o dispositivo (versão "slide-in");
[0067] Figura 3C: uma vista esquemática de uma segunda varian- te de uma disposição de uma unidade de acionamento para o disposi- tivo (versão "drop-in");
[0068] Figura 4: uma vista lateral esquemática de uma instalação para purificação de um líquido compreendendo um dispositivo para geração de bolhas de gás.
[0069] Uma construção geral de uma primeira modalidade do dis- positivo de acordo com a invenção para geração de bolhas de gás es- tá mostrada na figura 1A.
[0070] A vista lateral da figura 1h compreende um dispositivo 1 com uma linha de alimentação 2 para a alimentação do gás comprimi- do, um eixo oco 3 e com discos de gaseificação 4 e distanciadores 5 dispostos de modo alternado sobre o eixo oco 3. O gás comprimido é introduzido através do eixo oco 3 nos distanciadores 5 e depois nos discos de gaseificação 4.
[0071] Na modalidade mostrada na figura 1A vários discos de ga- seificação circulares de um material cerâmico estão dispostos sobre o eixo oco. Os discos de cerâmica consistem em óxido de alumínio, apresentam um diâmetro externo de 152 mm e um diâmetro interno de 25,5mm. A superfície de membrana é de 0,036m2 e o tamanho de po- ros dos discos de gaseificação fica na faixa de 2um. O gás é introduzi- do a partir do eixo oco 3 no espaço oco do disco cerâmico 4 e, a partir do interior do espaço oco, através dos poros do material cerâmico, no líquido a ser purificado, o qual está previsto em torno e acima do eixo oco provido dos discos de gaseificação, com configuração de microbo- lhas com tamanho de bolhas de cerca de 45 a 50Uum. Os discos de ga- seificação 4 estão dispostos sobre o eixo oco por meio de fixações de aço nobre ou material sintético. O distanciamento dos discos de gasei- ficação um do outro corresponde à espessura do distanciador 5.
[0072] Juntamente com a linha alimentação de gás 2 está previsto um dispositivo apropriado 6 para movimentação do eixo, na mesma peça terminal de eixo. Esse dispositivo pode estar previsto em forma de um motor, o qual transmite o movimento de rotação correspondente ao eixo oco através de várias engrenagens.
[0073] A modalidade mostrada na figura 1B ilustra a construção do eixo oco 3 e a disposição dos distanciadores 5 e dos discos de gaseifi- cação 4 sobe o eixo oco 3.
[0074] Os discos de gaseificação 4 e os distanciadores estão dis- postos sobre o eixo oco 3 de maneira alternada em contato vedante a gases. O contato vedante a gases é produzido através da construção específica do distanciador 5 (vide também figura 2A-C). O gás chega ao eixo oco 3 através da linha de alimentação 2, é conduzido daí para o distanciador 5 e daí para o disco de gaseificação. Assim os discos de gaseificação cerâmicos 4 são abastecidos com gás e alcança-se uma produção de bolhas uniforme no meio a ser gaseificado. O eixo oco 3 pode estar fabricado a partir de materiais metálicos e não- metálicos.
[0075] Os distanciadores estão mostrados detalhadamente nas figuras 2A a 2C. Cada um dos distanciadores 5 apresenta uma abertu- ra centrada (O) com um diâmetro dO para recepção do eixo oco e pelo menos duas ou três câmaras (K1, K2, K3) especialmente circulares com um respectivo diâmetro dK1, dK2, dK3. No caso da modalidade mostrada nas figuras 2A-2C, o diâmetro dK1, dK2, dK3 e dO têm 35mm, respectivamente. Porém, esses valores são variáveis e depen- dem do tamanho total do dispositivo.
[0076] Os raios da abertura centrada (O) e os raios das duas ou três câmaras (K1, K2, K3) se sobrepões ou coincidem, de modo que a abertura centrada (O) e as duas ou três câmaras (K1, K2, K3) ficam em comunicação aberta entre si, pelo menos na região de sobreposi- ção 5b. a comunicação aberta da abertura centrada e das câmaras possibilita um afluxo do gás comprimido a partir do eixo oco para uma respectiva câmara K1, K2, K3 do distanciador 5. O gás pode passar então de uma das câmaras K1, K2, K3 do distanciador 5 para dentro dos discos de gaseificação 4.
[0077] Nas modalidades das figuras 2A — 2C um distanciador 5 apresenta, com o diâmetro externo dAaussen, em seus lados circulares, um escalão (de centragem) 5a com um diâmetro dAavsate, Sendo que dAabsatz É menor do que dAaussen-
[0078] O escalão de centragem 5a do distanciador serve para re- cepção ou contato com o disco de gaseificação 4. O contato vedante a gases entre distanciador 5 e disco de gaseificação 4 é produzido atra- vés de colocação do disco de gaseificação 4 sobre o escalão 5a do distanciador 5 e da vedação entre disco de gaseificação e distanciador (no raio externo dos distanciadores).
[0079] O disco de gaseificação 4 está presente em forma de um anel com um perímetro interno com um diâmetro interno dBinnen e um perímetro externo com um diâmetro interno dBaussen, Sendo que o diâ- metro interno dBinnen do disco de gaseificação correspondem ao diâme- tro dAnvsatz do escalão (de centragem) do distanciador (vide figura 2C).
[0080] Ao longo do perímetro interno do disco de gaseificação es- tão previstas aberturas de gás 4a distribuídas regularmente (vide figu- ra 2C).
[0081] A introdução do gás a partir de uma câmara K1, K2, K3 pa- ra o disco de gaseificação 4 resulta da circunstância de que o disco de gaseificação 4 está disposto entre dois respectivos distanciadores. O gás é conduzido com a câmara do distanciador enchida com gás para o espaço intermediário entre dois distanciadores, sendo que o espaço intermediário está preenchido por um disco de gaseificação, e desse espaço intermediário para o disco de gaseificação, através de abertu- ras de alimentação ou entrada de gás no disco de gaseificação.
[0082] Na figura 3A está mostrada uma peça terminal de eixo, na qual a alimentação de ar 2 e a unidade de acionamento 6 estão pre- sentes de modo combinado. O acionamento 6 para o movimento de rotação do eixo pode ocorrer diretamente no eixo, mas também ser realizado através de diversas mudanças de direção de força. Por exemplo, engrenagens de roda cônica, engrenagens redutoras de 90 graus. Portanto, o acionamento 6 do eixo, por um lado, pode encontrar sua posição no meio a ser gaseificado, mas por outro lado também fora do meio a ser gaseificado. A unidade de acionamento 6 pode ser ajustada através de todos os tipos de acionamento conhecidos (por exemplo, elétrico/por força hidráulica/por ar comprimido).
[0083] O eixo 3 é montado empelo menos duas posições, diversos tipos de mancal podem ser usados, por exemplo, mancal de esferas, mancal de rolos-esferas, mancal de agulha, mancal de rolos, mancal deslizante.
[0084] A introdução de gás 2 no eixo rotatório tem que ocorrer através de pelo menos uma vedação. Esta pode estar posicionada dentro ou fora do meio a ser gaseificado.
[0085] A vedação da peça terminal de eixo em relação ao disco de gaseificação ou ao primeiro distanciador ocorre através de um anel-O. A ranhura de anel-O pode estar aberta na peça terminal de eixo.
[0086] Na figura 3B está mostrada uma primeira variante (versão slide-in) para a disposição da unidade de acionamento 6 (motor) do dispositivo 1. A unidade de acionamento 6 encontra-se aqui fora da bacia ou do recipiente em que o dispositivo 1 é colocado ou usado. À multiplicação ocorre através de uma passagem rotativa na parede do recipiente.
[0087] A figura 3C mostra uma segunda variante (versão drop-in) para a disposição da unidade de acionamento 6 (motor) do dispositivo
1. Aqui a unidade de acionamento 6 encontra-se dentro da bacia ou do recipiente em que o dispositivo é colocado ou usado. Esta variante de realização permite uma integração simples do dispositivo em sistemas existentes, uma vez que não é preciso perfurar furos através da pare- de de recipiente.
[0088] A figura 4, por sua vez, mostra uma representação esque-
mática de uma instalação 20 para purificação de um líquido, especial- mente de água, a qual compreende pelo menos uma das modalidades acima de um dispositivo para geração de bolhas de gás. A vista lateral da instalação 20 na figura 4 mostra uma unidade de floculação 10, na qual a água a ser purificada e o agente de floculação são introduzidos. Após misturação da água a ser purificada com o agente de floculação, por exemplo, com o uso de um agitador, a mistura pode ser introduzi- da a partir da unidade de floculação 10, através de uma parede sepa- radora, para dentro de outro trecho separado ou recipiente 20, no qual pelo menos um eixo oco 20a está previsto com quatro discos de gasei- ficação de acordo com a modalidade da figura 1.
[0089] No presente processo experimental emprega-se água polu- ída, a qual foi adicionada com materiais húmicos. A totalidade das ma- térias orgânicas na água poluída é simulada aqui através de materiais húmicos, os quais surgem também na natureza através de decompo- sição biológica. Para floculação dos materiais húmicos contidos na água existem sobretudo substâncias trivalentes com teor de ferro e alumínio, contendo íons trivalentes como agentes de precipitação. No presente caso uma solução de FeCl;3 é usada como agente de flocula- ção. Após alimentação do agente de floculação com o uso de um mis- turador, na unidade de floculação 10 ocorre uma floculação dos ácidos húmicos contidos na água poluída através do agente de floculação FeClz.
[0090] A água poluída adicionada de FeCI3 é conduzida em se- guida da unidade de floculação 10 no recipiente 20 contendo o disposi- tivo de gaseificação consistindo de um eixo oco com quatro discos de gaseificação com uma corrente volumétrica de 400-700 |/Std. (1I/h)
[0091] Através do dispositivo de gaseificação 20a de acordo com a invenção no recipiente 20 injeta-se ar, sendo que ocorre uma configu- ração de microbolhas diretamente na água adicionada de agente de floculação.
Os discos de gaseificação ou placas de gaseificação do dispositivo de gaseificação giram no mesmo sentido com uma veloci- dade de rotação de 180 rpm, sendo que resulta um deslocamento de fases de 180 graus.
As microbolhas formadas ligam-se aos flocos para formarem aglomerados de flocos-bolhas de ar, os quais são introduzi- dos em seguida na célula de flotação 30 prevista a jusante.
Através do acúmulo das microbolhas nos componentes orgânicos floculados, os aglomerados formados de maneira correspondente na célula de flota- ção sobem para a superfície do líquido que se encontra na célula de flotação e formam, na superfície da água, uma camada de matéria só- lida, a qual é separada mecanicamente, por exemplo, com o uso de raspadores.
Abaixo dessa camada de matéria sólida encontra-se a água pré-purificada na célula de flotação 30. A água assim pré- purificada é regirada, com o uso de uma bomba apropriada, através da unidade de filtração 40 disposta na célula de flotação 30e fica disponí- vel como água purificada para beneficiamento posterior, como por exemplo, outros processos de dessalinização.
Para impedir Fouling da superfície da unidade de flotação 40, ar pode ser conduzido direta- mente à superfície da unidade de flotação 40 o através de mangueiras ou tubos providos de furos pelo que se provoca uma remoção mecâni- ca de depósitos sobre a superfície da unidade de flotação 40.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo (1) para geração de bolhas de gás em um líquido em um recipiente compreendendo: - pelo menos um eixo oco (3) permeável a gases giratório, disposto em pelo menos um recipiente, - discos de gaseificação (4) e distanciadores (5) dispostos entre os discos de gaseificação, dispostos sobre o dito pelo menos um eixo oco (3), sendo que discos de gaseificação (4) e distanciadores (5) estão dispostos alternadamente sobre o eixo oco (3) em contato ve- dante um com o outro, - pelo menos uma linha de alimentação (2) para pelo menos um gás comprimido no espaço interno do dito pelo menos um eixo oco de rotação (3), caracterizado pelo fato de que: - cada um dos distanciadores (5) apresenta pelo menos uma abertura centrada (O) para recepção do eixo oco (3) e pelo me- nos duas câmaras (K1, K2), - sendo que as ditas pelo menos duas câmaras (K1, K2) estão dispostas em torno da abertura centrada (O) com distanciamen- to regular, - sendo que a abertura centrada (0) e as duas câmaras K1, K2) se sobrepõem, pelo menos parcialmente, - sendo que a abertura centrada (O) e as ditas pelo menos duas câmaras (K1, K2) estão em comunicação aberta entre si pelo menos na região de sobreposição, de modo que o gás comprimido po- de fluir do eixo oco (3) para pelo menos uma respectiva câmara (K1, K2) do distanciador (5) e a partir da dita pelo menos uma câmara K1, K2) do distanciador (5) para dentro dos discos de gaseificação (4).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que o dito pelo menos um eixo (3) está disposto hori-
zontalmente no dito pelo menos um recipiente.
3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que os discos de gaseifi- cação (4) estão configurados circulares e estão dispostos sobre o dito pelo menos um eixo oco (3) verticalmente em relação ao eixo oco.
4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que os distanciadores (5) estão configurados circulares.
5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o distanciador (5) apresenta pelo menos três câmaras circulares (K1, K2, K3), sendo que as ditas pelo menos três câmaras (K1, K2, K3) estão dispostas em tor- no da abertura centrada (O) com distanciamento regular.
6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que as geometrias, es- pecialmente os diâmetros das câmaras do distanciador (5) são iguais respectivamente.
7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um distanciador (5), com um diâmetro externo dAaussen, apresenta, em pelo menos um de seus lados circulares, um escalão (5a) com um di- âmetro dAnvsate, sendo que dAnvsatz É menor do que dAaussen.
8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um escalão (5a) do distanciador (5) serve para recepção/encosto do disco de gaseificação (4).
9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o disco de gaseifica- ção (4) está presente em forma de um anel com um perímetro interno com um diâmetro interno dBinnen € com um perímetro externo com um diâmetro externo dBaussen, Sendo que o diâmetro interno dBinnen do dis- co de gaseificação (4) corresponde ao diâmetro dAavsatz do escalão (de centragem) (5a) do distanciador com uma tolerância.
10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o disco de gaseifica- ção (4) apresenta aberturas de gás distribuídas regularmente ao longo do perímetro interno.
11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de gaseificação (4) são discos de gaseificação cerâmicos com um tama- nho de poros entre 0,05um, preferivelmente entre 0,1um e 10um, de modo especialmente preferido entre 2um e 5pum.
12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que, sobre o dito pelo menos um eixo oco rotatório, estão dispostos entre 2 e 100, preferi- velmente entre 10 e 50, de modo especialmente preferido de 15 a 30 discos de gaseificação e distanciadores.
13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que as dita pelo menos uma linha de alimentação (2) do gás comprimido ao eixo oco e a pelo menos uma unidade de acionamento para rotação do eixo oco estão previstas em uma peça terminal de eixo ou em diversas peças termi- nais de eixo.
14. Processo para geração de bolhas de gás em um líquido em um recipiente com o uso de pelo menos um dispositivo como defi- nido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o processo compreende as seguintes etapas: - introdução de um gás comprimido em pelo menos uma linha de alimentação (2), sendo que o gás comprimido é introduzido na linha de alimentação (2) diretamente sem suporte de líquido;
- introdução do gás comprimido no espaço interno do dito pelo menos um eixo oco (3) rotatório disposto horizontalmente, sendo que o dito pelo menos um eixo oco (3) gira com uma velocidade de rotação entre 50 e 400 rpm, preferivelmente entre 100 e 300 rpm, de modo especialmente preferido entre 180 e 200 rpm, e - introdução do gás comprimido através dos distanciadores (5) e discos de gaseificação (4), dispostos verticalmente sobre o eixo oco rotatório horizontal, no líquido com geração de bolhas de gás.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que as bolhas geradas no líquido apresentam um tamanho de bolhas entre 1um e 200um e, preferivelmente entre 20um e 80um e, especialmente entre 45pum e 50um.
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