BR112020024516A2 - método de tratamento de um efluente industrial carregado com alumínio utilizando co2 - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE TRATAMENTO DE UM EFLUENTE INDUSTRIAL CARREGADO COM ALUMÍNIO UTILIZANDO CO2. A invenção propõe um método de tratamento de um efluente industrial carregado com alumínio, com vista a dele se eliminar todo ou parte do alumínio dissolvido, compreendendo a implementação das seguintes medidas: - conduz-se o efluente a tratar para uma primeira zona, primeira zona por exemplo constituída por um tanque, primeira zona onde se mantém um pH inferior a 9,5, e mais preferencialmente compreendido entre 6,5 e 8,5, e ainda mais preferencialmente compreendido entre 7 e 8, de forma a favorecer a precipitação do alumínio sob a forma de hidróxido de alumínio e a facilitar assim a sua eliminação; - dispõe-se e organiza-se a recirculação de uma parte do meio localizado na zona 1 para a zona 2, e depois de lá o seu retorno para a zona 1, e a injeção de CO2 gasoso no meio recirculado; - procede-se à separação e à evacuação das partículas sólidas formadas na zona 1, e se caracterizando por, tomando em consideração a recirculação do referido meio onde foi injetado CO2, a quantidade de CO2 dissolvida disponível na zona 1 ser 0,5 a 3 vezes superior, preferencialmente entre 1 e 1,5 vezes superior conforme necessário para a precipitação do efluente que entra.

Description

“MÉTODO DE TRATAMENTO DE UM EFLUENTE INDUSTRIAL CARREGADO COM ALUMÍNIO UTILIZANDO CO?”

[0001] A presente invenção se refere ao domínio dos tratamentos de efluentes fortemente alcalinizados e carregados com metais, incluindo os alcalinoterrosos, a fim de os neutralizar e de eliminar de forma significativa os metais presentes no efluente. Encontramos este problema nomeadamente na indústria siderúrgica, mas outras indústrias podem ser afetadas e pode se citar nomeadamente o caso do tratamento das águas provenientes da produção de alumínio à base de matérias-primas naturais como a bauxite (denominadas «lamas vermelhas», muito fortemente carregadas com alumínio entre outros).

[0002] Com uma adição de gás carbônico,é possível neutralizar este tipo de efluente e fazer precipitar os metais a fim de os eliminar. Mas na grande maioria dos casos, uma injeção direta coloca o problema da obstrução completa ou parcial dos sistemas de injeção e das perdas de desempenho da instalação. Com efeito, a injeção que tem como objetivo neutralizar e também precipitar compostos minerais, a formação dos sólidos na proximidade dos pontos de injeção, local onde o CO> necessário para a precipitação é introduzido, é obrigatória. Entende-se facilmente que se formando na vizinhança dos pontos de injeção do CO7 uma grande quantidade de sólidos, podendo atingir várias toneladas por hora, estes últimos podem entupir facilmente e afetar de forma adversa o desempenho da instalação.

[0003] O problema que este método coloca é que a adição direta do ácido (CO?) em uma água muito básica e carregada com metais provoca uma precipitação instantânea dificilmente controlada. E numerosos são os casos industriais relatados nos quais os locais de injeção e de mistura como tubagens se entopem muito rapidamente.

[0004] Consideremos agora na descrição que se segue, o caso do tratamento das águas provenientes da produção de alumínio. Trata- se então de neutralizar um fluxo líquido aquoso que contém muito alumínio dissolvido, que é necessário eliminar antes da rejeição das águas. Em geral, este efluente é muito básico e o alumínio se encontra dissolvido sob a forma de aluminato (AI(OH)4"). Isto é devido ao tratamento do mineral, efetuado com soda («lixiviação»).

[0005] A eliminação do alumínio pode ser realizada se adicionando CO, para transformar o aluminato solubilizado em meio básico em hidróxido de alumínio AI(OH)3 que, pouco solúvel, terá tendência para precipitar. O pH do efluente é reduzido, ou mais exatamente neutralizado ou parcialmente neutralizado, e assim isento do alumínio, ele será por conseguinte purificado. A gama de pH de trabalho para esta operação é em geral: - baixa, por conseguinte mais baixa que a do efluente que entra para ser tratado, - mas o pH não pode ser demasiado baixo (<5) um vez que, então, o alumínio se solubiliza sob a forma de Alº**.

[0006] Em resumo, para o caso do alumínio, se recomenda um pH ótimo de trabalho compreendido tipicamente entre 5 e 8,5

[0007] Contudo, a dissolução do CO» e o seu contato com o efluente carregado com eletrólitos é sempre difícil. Com efeito, o CO,, tal como para qualquer ácido forte, provoca no local da injeção uma forte concentração de ácido. Nesta zona muito ácida, a formação de hidróxidos de alumínio sólidos é muito importante e o risco de obstrução do ponto de injeção é então muito elevado.

[0008] Por outras palavras, em geral, o efluente contém muito aluminato, o que necessita efetivamente de muito ácido para provocar a precipitação e neutralização. Infelizmente, esta operação se revela difícil de realizar uma vez que: . A homogeneização ou a mistura do efluente (líquido) e do gás (CO>) não é fácil, isto é, não é instantânea. Da mesma forma, a zona de injeção (quer se trate de um injetor ou de um tubo perfurado por exemplo), que forma a interface entre efluente e gás, produz muito rapidamente uma grande quantidade de precipitado que provoca entupimentos difíceis de eliminar: interrupção e decapagem com ácido forte por exemplo.

. Para além disso, as partículas formadas se revelam bastante resistentes e podem levar, se se acumularem, a entupimentos na parte a jusante do local de injeção.

. Por fim, as diferentes etapas (injeção/transferência do gás e contato do CO» dissolvido com o efluente que contém os aluminatos) são frequentemente realizadas em uma mesma zona, um mesmo aparelho ou tubagem, enquanto que as condições requeridas para cada etapa são diferentes.

[0009] Assim, em resumo, tomando em consideração os elementos mencionados acima, a operação de injeção de CO2? combinada com a precipitação pode ser muito difícil de conduzir, talvez quase impossível, e a sua aplicação é desde logo abandonada pelo perito na matéria.

[0010] Descreve-se abaixo um exemplo de tratamento fornecido nesta indústria: - um efluente incrustante/tartarizante, contendo muito alumínio dissolvido para eliminar. O efluente a pH elevado (pH: próximo de 12) é enviado para um tanque que é mantido a pH mais baixo (pH2 próximo de 7- 8,5) por injeção de CO». Este valor é considerado como ideal para precipitar os hidróxidos de alumínio.

- o efluente neutralizado com o seu sólido sai pelo fundo do tanque (bombeado) para ser de seguida decantado posteriormente. Neste estágio, também se pode utilizar uma adição de produtos (tal como um agente de viscosidade, eletrólito, coagulante ou tensioativo por exemplo) para aumentar o tamanho das partículas sólidas inicialmente formadas (por aglomeração, aceleração da cristalização...), a fim de melhorar a sua «decantabilidade» ou filtração.

- encontra-se frequentemente uma variante: a injeção é alternativamente realizada diretamente não em um tanque mas em linha, em uma tubagem. No efluente, após bombeamento, se injeta o CO? gasoso (ou líquido), por intermédio de um meio que vai do mais simples (por exemplo um simples tubo de saída) ao mais refinado (numerosos são os contatores gás-líquido comercialmente disponíveis para melhorar a dissolução, tais como os misturadores estáticos, os venturis ou semelhantes...). As partículas se formam então diretamente no fluxo, fluxo que normalmente apenas falta separar do líquido (filtração, tanque de decantação...).

[0011] Mas, infelizmente como relatado, a adição direta do ácido (CO) em uma água muito básica e fortemente carregada com aluminato provoca uma precipitação instantânea dificilmente controlada. Praticamente de forma generalizada, quando a água está muito carregada com alumínio dissolvido, a acidificação provoca entupimentos massivos muito frequentes, de tal forma frequentes que: - assim, frequentemente, para os tratamentos em linha, as canalizações são duplicadas para permitir continuar o funcionamento em uma linha enquanto a outra é limpa com ácidos fortes, eventualmente sob alta pressão. Os custos de funcionamento e a manutenção são então proibitivos.

- e para os tratamentos em reservatórios agitados, se funciona frequentemente em modo de «lote» (também se diz «batch»), isto é, a alimentação e o tratamento são limitados na duração, também nesse caso, para permitir a limpeza.

[0012] Saliente-se que os depósitos assim formados são difíceis, até mesmo muito difíceis de eliminar, e que é necessária frequentemente tanto uma ação química (ácido forte concentrado) como uma ação mecânica (raspagem, jato de alta pressão...) para se conseguir eliminar a camada de depósito. É ainda mais difícil em processos fechados como as tubagens.

[0013] Pode se pensar, para remediar os inconvenientes mencionados acima, em uma primeira solução consistindo em dispersar o CO»? o melhor possível à entrada do clarificador-decantador, por exemplo injetando o fluxo de CO> no centro do clarificador em um ou vários pontos de injeção.

[0014] Porém, esta solução apresenta vários inconvenientes: - localmente em torno de cada injetor, nos encontramos na situação mais difícil porque se adiciona diretamente o CO puro no efluente, o que provoca a precipitação, mesmo no ponto de injeção. Eventualmente, é preciso renovar ao máximo o líquido em torno dos injetores, mas isto continua a ser delicado em um reservatório agitado.

- a taxa de transferência, isto é, a dissolução do CO, pode ser limitada. Com efeito, é difícil se ter um reservatório agitado que mantenha as bolhas, aconteça o que acontecer, no líquido, tempo suficiente para que a dissolução seja quase completa. Bolhas podem coalescer, subir rapidamente, independentemente da circulação líquida pretendida, o que as faz emergir sem terem tido tempo de ser consumidas. O fenômeno vai ser mais marcado se os meios de agitação não forem eficazes e será crítico quando a densidade aparente da solução crescer. Com efeito, em solução concentrada, os aluminatos podem polimerizar (polimerização inorgânica),

aprisionando partículas... o que vai provocar um forte aumento da viscosidade. Será então muito difícil manter uma boa agitação, muito difícil de se ter uma interface gás-líquido, o que vai afetar adversamente a taxa de dissolução (assim uma interface total associada ao tamanho fino das bolhas e assim ao seu grande número) bem como evitar o entupimento (os buracos, se entupindo, vão deformar os fluxos injetados...).

- finalmente, uma quantidade significativa de CO> não será dissolvida e será liberada para a parte superior do reator agitado. Sendo o CO,» tóxico, será necessário gerenciar o mesmo: adição de uma capota, adição de detector, purga e por conseguinte perda de uma parte do CO, introduzido....

[0015] Propôs-se então na literatura uma segunda solução consistindo em evitar o contato direto, isto utiizando uma água, frequentemente limpa (rede industrial no local, por exemplo), previamente carbonatada. Assim, antecipadamente, o CO» é injetado em uma água limpa industrial (não um efluente). Este meio «indireto» para adicionar CO, é semelhante ao fabrico da água com gás.

[0016] Dissolve-se uma grande quantidade de CO>. De seguida apenas, esta água «motriz» contendo uma quantidade pretendida de CO, dissolvido é misturada com o efluente a tratar em uma zona de pH de modo a que se forme de preferência o hidróxido de alumínio que, pouco solúvel, precipita no reservatório agitado (associado a um meio de separação a jusante) ou diretamente em um clarificador ou decantador.

[0017] Porém, esta solução apresenta o inconveniente seguinte: se consome água com um custo associado e uma pegada ambiental desfavorável, uma vez que se aumenta o caudal líquido total que deverá ser tratado no decantador ao se diluir o efluente.

[0018] Tal como se verá mais em detalhe na descrição que se segue, a presente invenção se empenha então em propor uma nova solução de tratamento de tais efluentes ricos em alumínio, permitindo a implementação ótima do CO».

[0019] Para isto, a acidificação utilizando um diácido fraco como o CO> (e não um ácido forte como o ácido sulfúrico por exemplo) apresenta várias vantagens: - um melhor controle do pH-alvo para efetuar a precipitação.

- o consumo de CO, que pode ser recuperado como um sub- produto de fabricação ou de combustão (se fala então de CO» «fatal»).

- a formação de sólido como o hidróxido de alumínio. Este é, com efeito, muito pouco solúvel, o que garante uma boa eficácia no processo de precipitação.

[0020] A solução proposta de acordo com a presente invenção assenta então na separação do processo em duas fases distintas, em duas zonas distintas: - a primeira fase: durante a qual se procura efetuar a geração de cristais sob a forma de hidróxido de alumínio maioritariamente. As condições que aí existem, nomeadamente um pH baixo (preferencialmente de 5 a 8,5), são favoráveis, e em caso algum uma injeção direta de CO, será efetuada nesta zona uma vez que ela provocaria as disfunções do estado da técnica como anteriormente mencionado.

[0021] Esta zona «1» pode ser um tanque, zona à qual chega o efluente muito alcalino e rico em alumínio (por exemplo a um pH da ordem de 12,5).

[0022] Nós nos certificamos então, tal como se explicará mais em detalhe abaixo, de dispor nesta zona de CO, dissolvido suficiente para que o efluente nesta zona passe de um pH alcalino a um pH preferencialmente inferior a 9,5, e mais preferencialmente situado entre 6,5 e 8,5 em quaisquer circunstâncias. Com efeito, se o fluxo de efluente a tratar for variável, a quantidade de compostos a neutralizar é variável e é por conseguinte necessário evitar, aquando de um pico de quantidade (concentração e/ou caudal), de se estar em situação de não se ter CO, dissolvido suficiente para o neutralizar. Por meio desta redução de pH, a forma dissolvida do alumínio (aluminato) vai passar sob a forma de hidróxido de alumínio e precipitar.

[0023] Em resumo, a formação do sólido que pode ser incrustante tem lugar na zona 1 e, assim, se o sólido for incrustante no momento da sua formação, o problema surge nesta primeira zona que deve conter CO, dissolvido suficiente para «neutralizar» o efluente bruto que chega.

- Uma segunda fase (segunda zona): na qual se procura efetuar a injeção e a dissolução otimizada, maximizada, do CO;,, limitando muito fortemente, até mesmo anulando, qualquer fenômeno de precipitação, mais exatamente de geração de cristais de hidróxido de alumínio.

[0024] Para fazer isto, se propõe de acordo com a presente invenção que a segunda zona, que se pode denominar «zona de dissolução do CO», possa: - permitir a toma de uma parte do efluente já tratado, isto é, que já não contém ou quase não contém eletrólito para precipitar, por conseguinte aluminato (alumínio sob a forma dissolvida). Este fluxo é então derivado de uma parte do efluente que sai desta zona 2, por conseguinte do processo completo. Na ausência de alumínio dissolvido (ou em muito pequena —" quantidade) se pode então injetar CO> nesta derivação/recirculação sem provocar precipitação significativa, uma vez que ele já não existe mais ou quase não existe.

- se injeta assim CO> nesta amostra, maximizando a transferência de massa do gás para o líquido. Isto é garantido pelo regime hidráulico (regime turbulento se possível), uma temperatura o mais baixa possível (preferencialmente 5º a 45ºC, e ainda mais preferencialmente entre e 30ºC), uma pressão o mais alta possível (preferencialmente entre 1,5 bar e 20 bar, e ainda mais preferencialmente entre 2 e 4 bar, mas que permanece razoável; por razões de custo de implementação, se privilegia assim uma pressão inferior a 10 bar) e um tempo de mistura durante o qual o gás e o líquido permanecem em contato por um tempo longo o suficiente (se privilegia assim entre 3 e 30 segundos, preferencialmente entre 5 e 15 segundos de contato).

- por outras palavras, a zona 2 serve para dissolver o CO? em um fluxo de fluído que se bombeia da zona 1 e que regressa a esta zona 1. Contabiliza-se esta zona para dissolver CO» suficiente de modo a baixar o pH da zona 1 do valor de chegada do efluente alcalino (por exemplo 12,5) até ao valor de referência desejado (por exemplo 8).

[0025] Nesta zona 2, não há redução de um pH fortemente alcalino (tal como 12,5) para um valor neutro ou ácido, mas se bombeia fluido da zona 1, por conseguinte próximo da neutralidade, para o acidificar ainda mais. Não há assim formação de sólido nesta zona 1 (ou de forma esporádica) e, por conseguinte, se suprime ou se reduz deste modo de forma muito significativa o risco de obstrução.

- se assegura assim o pH do tanque/zona 1 calculando para um dado caudal e um dado pH inicial, a quantidade de CO> que se deve dissolver na zona 2 (circuito de recirculação) de modo a se atingir o pH desejado na zona 1, obviamente com uma margem de segurança.

- o dimensionamento é baseado na combinação de uma razão gás-líquido (compreendida em geral entre 0,1 e 5 Nm? de gás por mº? de líquido, preferencialmente 0,1 e 1 Nm? de gás por m? de líquido), da pressão nesta zona e de um caudal de efluente tomado que permitirá dissolver todo o CO>7z necessário para a manutenção das condições operacionais pretendidas, em particular do pH na zona 1 à qual chega efluente inicial, em geral em contínuo.

- a solução vai comportar nomeadamente uma bomba, um contator gás-líquido (um misturador estático por exemplo), uma tubagem de bom tamanho para permanecer em regime turbulento e de comprimento suficiente para garantir o tempo de residência desejado (e, por conseguinte, o tempo de contato), por exemplo um tempo de contato próximo de 10 segundos.

- sendo a dissolução feita em grande parte nesta zona 2, o efluente carbonatado pode ser devolvido à primeira zona. Ele contém, por conseguinte, essencialmente CO> sob a forma dissolvida, nomeadamente CO, e bicarbonato HCO3" e quase nenhum gás se as condições operacionais foram respeitadas (taxa de transferência superior a 80 %, até mesmo 90%). As condições operacionais são assim mantidas para garantir estas formas dissolvidas, nomeadamente em geral um pH baixo (inferior a 8 a 9), não descendo preferencialmente abaixo de 5.

[0026] Em resumo, a zona 1 deve permitir: - em primeiro lugar uma mistura o mais íntima possível entre o efluente fresco que entra (carregado com aluminato) e o fluxo derivado que foi carbonatado na zona 2 e que é devolvido à zona 1 (carregado com CO>z dissolvido suficiente, sob a forma de HCO; e sobretudo CO,», para garantir o pH-alvo de precipitação na zona 1). Isto permitirá maximizar a produção de sólido/precipitado. A mistura será então constituída por líquido isento de uma grande parte do seu alumínio e das partículas sólidas.

- da mesma forma, para controlar bem e garantir a precipitação em quaisquer circunstâncias, isto é, mesmo que o efluente que entra mude de qualidade (mais ou menos álcalis que resulta do produto caudal por concentração em álcalis que muda), é preferível assegurar 1,5 a 2 vezes mais de CO» dissolvido na zona 1 que o necessário para neutralizar qualquer efluente médio que entre (necessidade estequiométrica de CO, dissolvido para se alcançar o valor-alvo de pH para precipitar o máximo de alumínio dissolvido). Assim, qualquer pico de demanda (por conseguinte pico de alcalinidade do efluente que entra) será bem neutralizado pelo CO» dissolvido presente na zona 1. Em resumo, a zona 1 é dimensionada para garantir um par volume/pH-alvo pretendido.

[0027] Estas zonas | e 2 serão então, por exemplo, constituídas: - para a zona 1, por um reservatório contendo uma parte agitada que permite a mistura adequada dos fluxos líquidos (efluente fresco a tratar e retorno proveniente da zona 2) e uma precipitação adequada (ausência de cisalhamento forte pelo ou pelos agitadores, tempo de residência suficiente se funcionar em «batch», semicontínuo ou contínuo...), uma decantação mesmo parcial (através de uma zona protegida por um defletor por exemplo) para se poder extrair uma parte do efluente tratado neste reservatório e o enviar para a zona 2 (canalização de recirculação). Após tratamento, a mistura líquida e sólida pode ser decantada diretamente no reservatório (funcionamento em «batch» em um reservatório agitado) ou então ser decantada a jusante.

- para a zona 2, por exemplo por um circuito de recirculação montado no equipamento da zona 1, nomeadamente uma bomba que envia o fluxo para um contator gás-líquido (misturador estático) que permite injetar e misturar bem o gás-CO;, e o líquido para favorecer a dissolução do CO, e depois finalmente um comprimento suficiente de tubagem para garantir um tempo de residência suficiente para favorecer, aí também, a dissolução antes do retormo da água assim carbonatada para a zonal. O seu dimensionamento se baseia essencialmente na razão gás-líquido, quantidade de CO, necessária para precipitar o que é pretendido (praticamente em geral todo o alumínio contido no efluente a ser tratado fresco), e na solubilidade do CO, no efluente. O volume total da zona 2 não é, portanto, crítico aqui.

[0028] É o conjunto desta implementação otimizada (nomeadamente sem água motriz), em particular para efluentes ou soluções aquosas muito fortemente concentradas em eletrólito (maioritariamente em alumínio), que é notável na presente proposta técnica.

[0029] llustremos a invenção na descrição que se segue por meio de um exemplo de implementação e pela figura 1 anexada, para uma melhor compreensão da abordagem da invenção.

[0030] Consideremos um efluente, com um caudal de 30 m?/h e com um pH inicial de 12, que se pretende baixar para 8,2 para se poder rejeitar o mesmo em uma rede, se tendo feito precipitar previamente os sais de alumínio que ele contém.

[0031] Portanto, é preciso implementar em termos de CO», um valor na ordem de 600 g/L x 30=18 kg/h de CO,

[0032] Na implementação proposta, o efluente chega ao centro do tanque de neutralizaçção onde se assegura uma boa homogeneidade, tanque munido de um sistema de agitação, eventualmente completado por um agitador suplementar se aquele que já está em funcionamento não for suficiente.

[0033] O circuito de recirculação deve portanto fornecer sob a forma dissolvida, pelo menos 18 kg/h de CO».

[0034] Estando a temperatura do efluente em torno de 25ºC, a solubilidade é da ordem de 1,4 kg CO2/m? a 1 bar abs.

[0035] Trabalhando o circuito a uma pressão absoluta de 2 bar, o caudal de enriquecimento deve ser próximo de 6,5 m?/h.

[0036] O perito na técnica compreende que terá que ter em conta uma margem, e manterá então preferencialmente um caudal do circuito na ordem de 10 m?/h.

[0037] Trata-se então de tratar um efluente incrustante/tartarizante, contendo muito alumínio dissolvido a eliminar. O efluente inicial a pH elevado (pH: próximo de 12) é enviado para um tanque que é mantido a pH mais baixo (pH2 próximo de 8-8,4). É o valor-alvo escolhido de acordo com a invenção neste caso para precipitar os hidróxidos de alumínio.

[0038] O efluente neutralizado com o seu sólido sai pelo fundo (bombeado) para ser de seguida decantado posteriormente (filtração).

[0039] Uma parte do conteúdo do tanque a pH é bombeada pelo circuito externo (zona 2) no qual se injeta o CO>z por intermédio de um injetor (por exemplo um misturador estático), este efluente foi depurado no tanque da grande maioria dos seus minerais dissolvidos; ele é, consequentemente, bem mais fracamente tartarizante.

[0040] É mantido um regime turbulento em todo o circuito. Atinge-se então, sob pressão gerada pela bomba, um pH (pH3) ainda mais próximo da neutralidade ou da acidez, (pHa<pH2<pH1) pH que garante a formação maioritária de hidrogenocarbonato e a presença de CO,» dissolvido.

[0041] A mistura gás-líquido é então enviada para uma serpentina cujo comprimento permite garantir um tempo de contato suficiente para maximizar a quantidade de CO?» transferida no fluxo.

[0042] Finalmente, este fluxo acidificado a pH;3 é devolvido para o tanque onde, o mais próximo possível do fluxo que entra a pH1, ele se vai misturar para garantir o pH2 que existe no tanque, pH2 ótimo para a formação de cristais de hidróxido de alumínio.

[0043] Pode se notar que neste caso, quanto mais se baixa o pH, mais se favorece a precipitação, até um pH limite de 5.

[0044] Pode se notar então em resumo que: - O efluente que entra, a pH elevado (10-12), é maioritariamente composto por alumínio dissolvido sob a forma de AI(/OH),.

- Para o depurar de um máximo de alumínio dissolvido, é vantajoso trabalhar entre 5,5 e 8 aproximadamente, valor ao qual se transforma uma grande parte do alumínio na forma de AI(OH)3, que é pouco solúvel.

- É quase impossível, para o CO», se ter um pH mais baixo que 5-5,5 e ressolubilizar as partículas de hidróxido de alumínio que se teriam formado. O CO, é um diácido fraco cujo primeiro pKa não permite descer abaixo de cerca de 5.

- O efluente, depois de ter sido tratado e, por conseguinte, depurado de uma grande quantidade de alumínio dissolvido, poderá absorver CO,» (parte do fluxo derivado entre as zonas 1 e 2). Prefere-se, no entanto, trabalhar na parte alta da zona-alvo (preferencialmente mais perto de 8 que de 5 portanto) a fim de se ter mais CO> dissolvido (melhor solubilidade do CO; a pH alto que baixo, uma vez que se favorece a forma de hidrogenocarbonato HCO3" em vez de CO,» livre).

[0045] Reconhece-se na figura 1 anexada os elementos seguintes, já mencionados várias vezes na descrição acima: - um tanque 1 que constitui a zona 1, munido de um sistema de agitação 3 e alimentado com efluente inicial a tratar 4; - um circuito de recirculação 10 que constitui a zona 2, capaz de tomar (5) uma parte do meio presente no tanque 1 graças a uma bomba 2, circuito que recebe uma injeção de CO, e que é munido de uma serpentina cujo comprimento permite garantir um tempo de contato suficiente para maximizar a quantidade de CO,» transferida no fluxo; - no final do circuito 10 o fluxo assim tratado é devolvido para o tanque 1, contribuindo assim, pela mistura entre o efluente inicial (4) e o meio tratado com CO, no circuito 10, para se alcançar o pH-alvo existente no tanque 1; - o tanque é munido do meio (6) de extração do efluente tratado.

[0046] As vantagens da presente solução são as seguintes:

- Evitar o consumo de água de tipo industrial para produzir uma água com gás como na solução clássica do estado da técnica.

- Evitar sempre qualquer precipitação na zona onde será injetado o CO>z. A zona de precipitação 1 (reator, decantador...) deve ser sempre mantida a pH mais baixo que o do fluxo que entra a tratar, para permitir a precipitação do alumínio sob a forma de hidróxido de alumínio (em torno de pH 8 por exemplo). O efluente a tratar que chega é então diluído na zona 1, o que deveria conduzir a um ligeiro aumento do pH, que será com efeito compensado pela injeção do CO> na zona 2, nomeadamente no circuito de recirculação. Tenta-se assegurar uma quantidade de CO» dissolvida superior à falta média (1,5 a 2 por exemplo) pela escolha do par adequado, volume da zona 1 e pH-alvo.

- Garantir uma taxa de transferência do CO> que seja maximizada, o que resulta da escolha das condições operacionais e das tecnologias no circuito de recirculação (turbulência). Daí resultará um consumo, conforme necessário, do sistema (sem consumo excessivo).

[0047] A zona 2 não serve senão para dissolver o CO; em um fluxo de água (efluente) que se bombeia da zona 1 e que se devolve para esta zona 1. Contabiliza-se esta zona para dissolver CO» suficiente de modo a baixar o pH da zona 1 do valor de chegada do efluente alcalino, por exemplo 12,5, para o valor de referência, por exemplo 8. Também se pode utilizar esta zona para trazer uma parte do CO> sob a forma de gás (bolhas finas) da zona 1 para a 2.

[0048] Nesta zona 2, não há redução de um pH fortemente alcalino (12,5) para um valor neutro ou ácido, mas se bombeia o efluente da zona 1, por conseguinte neutro ou ácido, para o acidificar ainda mais. Não há portanto formação de sólido nesta zona 1 (ou de forma esporádica) e, por conseguinte, se reduz assim o risco de obstrução. É mesmo possível, se se injetar ainda mais CO, e se acidificar ainda mais esta zona, dissolver os sólidos de alumínio formados a pH neutro e eventualmente desobstruir esta zona | mesmo se em teoria não for necessário.

[0049] Como observado acima, nos empenhamos, de acordo com a presente invenção, para que, tomando em consideração a recirculação do meio onde foi injetado CO, a quantidade de CO» dissolvido disponível na zona 1 seja 0,5 a 3 vezes superior, preferencialmente entre 1 e 1,5 vezes superior conforme necessário para a precipitação do efluente que entra.

[0050] Expliquemos isto mais em detalhe na descrição que se segue.

[0051] Expliquemos nomeadamente como determinar a necessidade de CO> de um tanque (zona 1) e um exemplo de cálculo para uma quantidade de CO,» dissolvida disponível que seja de 0,5 a 3 vezes superior à falta de CO? necessária para a precipitação na zona 1.

[0052] O efluente que entra na zona 1 é muito alcalino (portanto pH 1 e concentração de alumínio dissolvido elevados). É lá que ele vai contatar com o efluente cujo pH foi baixado para um 3º pH contendo o CO, dissolvido necessário proveniente da zona 2 (pH 2 baixo, uma vez que o efluente conterá pelo menos todo o CO necessário para a precipitação). Quando os dois contatam, o CO» dissolvido vai permitir neutralizar os álcalis do efluente que entra, assim reduzir o pH para permitir a precipitação e desta forma depurar este efluente do seu alumínio dissolvido. O pH resultante, pH 3, estará entre os dois pH anteriores, ajustado de forma a favorecer a precipitação.

[0053] Em operação contínua, a quantidade necessária de CO,» fornecido (portanto de diácido fraco) compensa o mais rigorosamente possível a alcaliidade do efluente que entra (portanto, razão estequiométrica entre ácido e álcali ou base). Porém, se houver uma modificação repentina das condições operacionais e a quantidade de álcali aumentar, se cria um desequilíbrio na razão ácido-base que deve ser compensado. Podemos então atingir o fato de o efluente que circula em contínuo na zona 2 poder ter um suplemento de álcali que provocará a precipitação nesta zona. Isto pode mesmo bloquear o sistema completo por entupimento, frequentemente de forma muito rápida em numerosas aplicações, dada a forte alcalinidade do efluente a tratar. Naturalmente, um sistema de controle-regulação poderia ajustar a quantidade de CO, à quantidade de álcali (que deverá fazer baixar o pH da zona de precipitação 1), mas isto continua a ser delicado. Com efeito, as quantidades em jogo (tamanho da zona 1) podem induzir uma evolução lenta dos parâmetros operacionais: com uma quantidade de entrada grande e repentina de álcali, o pH da zona 1 só se moverá lentamente se ela for de tamanho significativo (e portanto com um tempo de permanência significativo). Assim, a quantidade de CO> não responderá imediatamente, até mesmo demasiado tardiamente, o que pode provocar uma precipitação indesejável rápida e forte na zona 2, fenômeno que deve ser absolutamente evitado, sob o risco de tudo parar devido a um entupimento demasiado massivo.

[0054] A metodologia da presente invenção consiste, por conseguinte, em manter uma quantidade mais significativa do que o necessário, por parte do efluente que entra, de CO» livre, dissolvido e disponível na zona 1, onde tem lugar a precipitação.

[0055] Assim, se houver uma variação das condições operacionais (quantidade de álcali que entra, por exemplo), este suplemento de CO, dissolvido em relação à quantidade de CO? necessária para a precipitação (portanto estequiométrica) vai permitir «neutralizar» este suplemento em um determinado período. Isto evitará, em quaisquer circunstâncias, enviar alumínio ou álcali dissolvido para a zona 2, e deixará tempo ao sistema de controle-regulação para ajustar o caudal de CO? a injetar de modo a compensar este suplemento.

[0056] Estima-se, de acordo com a presente invenção, que é necessário um excesso de CO, dissolvido, portanto disponível, na ordem de 0,5 a 3 vezes a quantidade necessária para a neutralização, e portanto para a precipitação otimizada, do efluente que entra.

[0057] O exemplo abaixo permite ilustrar mais claramente a proposta da invenção.

[0058] Os dados abaixo foram obtidos utilizando um software comercialmente disponível, o qual permite estudar os equilíbrios em uma água. A simulação foi efetuada em várias etapas: a partir de uma composição de água (padrão), a adição de soda permitiu subir até pH 12. Isto permite dispor de um efluente «sintético». Por esta razão, foi necessário adicionar 0,56 kg/m? de soda.

[0059] De seguida, a adição de CO, permitiu neutralizar a mesma a pH 8 inicialmente, e de seguida a 7,5. É o efluente neutralizado a 8 que foi conservado de seguida para exemplo. Para neutralizar o efluente de 12,0 até 8,0, foi necessário adicionar 0,60 g/mº? de CO,, o que deixa 18 g/m? de CO,» livre no efluente.

[0060] Da mesma forma, para um caudal de efluente de 100 m?/h, será necessário 1 kg/min de CO» para o neutralizar.

[0061] Por outro lado, se o tanque (ou zona 1) medir 55 m?, ele não conterá senão 1 kg de CO» livre, portanto disponível para compensar um excesso de alcalinidade que surja subitamente. Isto permitiria compensar durante um minuto a chegada de efluente em caso de paragem da injeção de CO por exemplo, ou então compensar uma subida da quantidade de álcali (por exemplo, de uma falta de 1 kg/min até 1,5 por exemplo). Neste último caso, em 40 segundos, o CO,» livre será consumido e o pH vai de seguida voltar a subir, o reator ou zona 1 já não precipitará todo o álcali que entra e todo o processo se vai desestabilizar. Em última análise, entrará álcali dissolvido na zona 2, o que poderia conduzir à precipitação e ao entupimento.

[0062] Prefere-se portanto aumentar o volume da zona 1 de forma a se dispor de mais CO,» livre disponível para «apagar» ou neutralizar as flutuações ou perturbações do efluente que entra, entre outros.

[0063] Ainda no caso acima, com uma zona 1 de 166 m?, dispor-se-á de 3 kg de CO; livre para neutralizar um suplemento de alcalinidade que entre. Se este excesso provocar uma falta de CO? de 1,5 kg/min, o sistema só se desviará após 2 minutos. Assim, ainda neste exemplo, ter-se-á multiplicado por 5 o tempo de reação necessário para compensar o excesso repentino de alcalinidade. Portanto, temos muito mais flexibilidade e robustez para o processo, uma vez que damos tempo a todo o sistema para se controlar e se regular.

[0064] Em resumo, a determinação da zona 1 é efetuada de modo a que esta zona contenha no mínimo 1,5 vezes até 3 vezes a quantidade de CO, necessária para neutralizar os álcalis que chegam a cada minuto à zona, e assim permita a precipitação da quase totalidade do alumínio (seus óxidos) nesta zona 1. A quantidade de CO» livre na zona pode ser levada acima de 3, mas sem exceder 10 ou 15 por razões econômicas.

[0065] No nosso exemplo, o CO,» livre é de 18 g/mº? para um pH de referência de 8, e de 57 g/m? para um pH de referência de 7,5

[0066] Para se determinar o volume da zona 1 e calcular a quantidade de CO, livre disponível, se divide a quantidade em kg de CO, livre de que se tem necessidade pela concentração de CO?» livre no efluente ao pH de referência.

[0067] Assim: Volume da zona 1 = quantidade de CO; em kg que se determinou/concentração de CO, livre ao pH de referência.

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Processo de tratamento de um efluente industrial carregado com alumínio, com vista a dele se eliminar todo ou parte do alumínio, caracterizado por compreender a implementação das seguintes medidas: - conduz-se o efluente a tratar para uma primeira zona, primeira zona por exemplo constituída por um tanque, primeira zona onde se mantém um pH inferior a 9,5, e mais preferencialmente compreendido entre 6,5 e 8,5, e ainda mais preferencialmente compreendido entre 7 e 8, de forma a favorecer a precipitação do alumínio sob a forma de hidróxido de alumínio e a facilitar assim a sua eliminação; - dispõe-se e organiza-se a recirculação de uma parte do meio localizado na zona 1 para a zona 2, e depois de lá o seu retorno para a zona 1,e a injeção de CO, gasoso no meio recirculado; - procede-se à separação e à evacuação das partículas sólidas formadas na zona 1, em que, tomando em consideração a recirculação do referido meio onde foi injetado CO>, a quantidade de CO, dissolvida disponível na zona 1 é 0,5 a 3 vezes superior, preferencialmente entre 1 e 1,5 vezes superior àquela necessária para a precipitação do efluente que entra.

   2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o regime existente na zona 2 ser um regime turbulento.

   10 1) Ie so» 1 Figura 1