BR112020025098A2

BR112020025098A2 - criação de um produto de ferro para o tratamento de águas residuais

Info

Publication number: BR112020025098A2
Application number: BR112020025098-8A
Authority: BR
Inventors: Ali Safarzadeh-Amiri; Zachary Bryan Scott; John Ray Walton
Original assignee: Trojan Technologies Group Ulc
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-03-23
Also published as: CL2020003372A1; US11851346B2; WO2020008268A3; EP3814287A2; WO2020008268A2; EP3814287A4; AU2019298824A1; CA3101560A1; US20210114895A1; MX2020013697A

Abstract

A presente invenção, em uma modalidade, fornece um método para a produção de um produto de ferro não nocivo destinado ao tratamento de águas residuais que inclui: adicionar bissulfito de sódio a uma solução contendo ferro, criando uma solução aquosa; adicionar uma quantidade de hidróxido de sódio à solução aquosa para aumentar o pH da solução aquosa para uma faixa entre 2 ? 2,5; determinar uma quantidade de bicarbonato de sódio e adicionar a quantidade de bicarbonato de sódio identificada à solução aquosa, sendo que o bicarbonato de sódio ajusta o pH da solução aquosa para o pH desejado; e fornecer um tampão à solução aquosa para gerar uma pasta fluida. Outras modalidades são descritas e reivindicadas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CRIA-

ÇÃO DE UM PRODUTO DE FERRO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS". REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

[0001] O presente pedido reivindica prioridade para o Pedido Pro- visório de Patente dos Estados Unidos Nº 62/693.747 depositado em 3 de julho de 2018 e intitulado "CRIAÇÃO DE UM PRODUTO DE FER- RO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS", que é incorpo- rado a este pedido em sua totalidade por meio desta citação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] O tratamento das águas residuais é importante para diver- sas indústrias diferentes a fim de reduzir o risco imposto pelas águas residuais. Sendo assim, muitos municípios, plantas industriais e enti- dades similares contam com instalações destinadas ao tratamento da água residual. Um componente das águas residuais que suscita efei- tos colaterais desagradáveis é o sulfeto de hidrogênio. Os sulfetos na água residual provocam um odor desagradável, podem causar corro- são nos dispositivos de transporte de fluidos (por exemplo, tubos, en- canamentos, bombas, etc.) e são tóxicos tanto para o homem quanto para a vida selvagem. Embora seja desejável controlar os sulfetos nas águas residuais, esse controle pode ser difícil e problemático para al- guns municípios e instalações.

BREVE SUMÁRIO

[0003] Uma modalidade fornece um método para a produção de um produto de ferro não nocivo destinado ao tratamento de águas re- siduais que compreende: adicionar bissulfito de sódio a uma solução contendo ferro, criando uma solução aquosa; adicionar uma quantida- de de hidróxido de sódio à solução aquosa para aumentar o pH da so- lução aquosa para uma faixa entre 2 — 2,5; determinar uma quantidade de bicarbonato de sódio e adicionar a quantidade de bicarbonato de sódio identificada à solução aquosa, sendo que o bicarbonato de sódio ajusta o pH da solução aquosa até o pH desejado; e fornecer um tam- pão à solução aquosa para gerar uma pasta fluida.

[0004] Outra modalidade fornece um método para produzir um produto de ferro não nocivo destinado ao tratamento de águas residu- ais que compreende: adicionar bissulfito de sódio a uma solução do material de partida de ferro criando uma solução aquosa; determinar uma quantidade de hidróxido de sódio e adicionar a quantidade de hi- dróxido de sódio identificada à solução aquosa, sendo que o hidróxido de sódio ajusta o pH da solução aquosa para uma faixa entre 4 — 4.5; e fornecer um tampão à solução aquosa para gerar uma pasta fluida.

[0005] A apresentação acima é um resumo e, por esse motivo, pode conter simplificações, generalizações, e omissões de detalhe; consequentemente, os indivíduos versados na técnica devem avaliar o resumo como sendo meramente ilustrativo e não limitante em absolu- tamente nenhum aspecto.

[0006] Para o melhor entendimento das modalidades, junto com outros recursos e vantagens adicionais destas modalidades, fazemos referência à descrição abaixo, considerada em conjunto com os dese- nhos que a acompanham. O escopo da invenção será delimitado pelas reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS

[0007] A Figura 1 mostra um espectro de infravermelho de uma pasta fluida de uma modalidade.

[0008] A Figura 2 ilustra a taxa de formação de ferro férrico ao longo do tempo de uma modalidade.

[0009] A Figura 3 ilustra o sequestro de sulfeto de hidrogênio em uma água residual utilizando uma pasta fluida produzida por uma mo- dalidade.

[0010] A Figura 4 ilustra o sequestro de sulfeto em uma água resi- dual utilizando outra pasta fluida produzida por uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] Restará imediatamente claro que os componentes das mo- dalidades, como geralmente descritos e ilustrados nas figuras, podem ser arranjados e projetados em uma grande gama de configurações distintas além das modalidades exemplificativas descritas. Portanto, a descrição mais detalhada que se segue a respeito das modalidades exemplificativas, conforme representadas nas figuras, não tem o pro- pósito de limitar o escopo das modalidades, conforme reivindicadas, sendo uma mera representação das modalidades exemplificativas.

[0012] Ao longo de todo o relatório descritivo, a referência a "uma modalidade" ou "a modalidade" (ou termo similar) significa que uma estrutura, característica ou recurso específico descrito em conexão com a modalidade está incluído em pelo menos uma modalidade. Desse modo, nem todas as expressões "em uma modalidade" ou "na modalidade" ou termos similares, presentes em vários trechos de todo este relatório descritivo, se referem necessariamente à mesma moda- lidade.

[0013] Ademais, os recursos, estruturas, ou características descri- tas podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais modalidades. Na descrição a seguir, inúmeros detalhes especiífi- cos são fornecidos para oferecer um entendimento completo das mo- dalidades. Um indivíduo versado na técnica relevante reconhecerá, no entanto, que as várias modalidades podem ser praticadas sem um ou mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, et cetera. Em outros exemplos, operações, estruturas ou materiais bem conhecidos não são mostrados ou descritos em detalhe para evitar ofuscação.

[0014] A necessidade de controlar os odores e a corrosão provo- cados pelo sulfeto nos sistemas de coleta de água residual é obrigató- ria, com as agências municipais de fornecimento de água arcando com gastos de $100-200 milhões por ano somente na América do Norte. As soluções de sais de ferro têm sido usadas por mais de 50 anos para controlar o sulfeto nos sistemas de coleta de água residual, bem como nas plantas de tratamento de água residual e, sob o ponto de vista econômico, podem ser o método mais eficiente disponível. Entretanto, soluções de sais de ferro são materiais perigosos regulados devido à sua natureza corrosiva e ao dano ambiental provocado em caso de vazamento acidental. Consequentemente, o uso de soluções de sais de ferro geralmente é restringido a grandes linhas-tronco que passam por zonas industriais e que conseguem alojar as incômodas instala- ções requeridas para as frequentes entregas de substâncias químicas a granel, e onde a economia de custo justifica o dispêndio de capital associado para mitigar o risco.

[0015] Sendo assim, também existe a necessidade de controlar o sulfeto nos segmentos de afluentes menores a montante. Esses seg- mentos de afluentes menores a montante mais possivelmente estão localizados em comunidades residenciais e em distritos comerciais onde o armazenamento de materiais nocivos é altamente regulado e em geral proibido. Portanto, o uso de soluções de sais de ferro nesses segmentos de afluentes é difícil, se não impossível. Como resultado, substâncias químicas nocivas e mais caras são a única opção para uso nessas linhas de afluentes. Isso deixa poucas alternativas, se houver alguma, para proteger a infraestrutura das águas residuais e para controlar odores desagradáveis nessas comunidades.

[0016] Uma dessas alternativas é a injeção de oxigênio que, em- bora prática para coletores pressurizados, não é adequada para cole- tores por gravidade não pressurizados, geralmente encontrados nas áreas residenciais. Além disso, o oxigênio pode ser rapidamente con- sumido no sistema de esgoto e precisa ser reaplicado repetidamente a jusante, transtornando excessivamente a sua implementação e majo- rando o seu custo. Uma segunda alternativa é uma solução de nitrato, que requer absorção biológica (por exemplo, através do uso de biofil- mes aderidos às paredes do tubo) para afetar a remoção do sulfeto. Essa solução pode levar várias horas para remover o sulfeto de hidro- gênio. Além disso, o custo efetivo de se controlar o sulfeto com nitrato é diversas vezes o de se controlar o sulfeto com soluções de ferro. Uma terceira alternativa é o uso de soluções alcalinas, a exemplo das pastas semilíquidas de hidróxido de cálcio ou magnésio, para controlar o H2S, aumentando tanto o pH da água residual que grande parte do sulfeto permanece no líquido, e uma parte menor é volatizada como vapor. Inevitavelmente, o pH da água residual pH é reduzido à medida que os fluxos se misturam e o álcali é diluído, volatizando assim o H2S e produzindo os odores indesejáveis. Adicionalmente, esse método pode corroer a infraestrutura e ser menos seguro para os trabalhado- res. Para além disso, o sulfeto que permanece no líquido pode impedir processos das estações de tratamento tais como clareamento, trata- mento biológico e remoção de fósforo. O que é necessário é uma ma- neira econômica de se controlar o H2S nas linhas de coleta de água residual localizadas em comunidades residenciais e em regiões co- merciais que não requeiram instalações intrusivas para a dosagem e o armazenamento de produtos químicos nocivos.

[0017] Por conseguinte, uma modalidade fornece um produto de ferro não nocivo estável, por exemplo, formado essencialmente por Fe?* e Fe(OH)> que é produzido com pouco ou nenhum hidróxido alca- lino (NaOH ou KOH). Uma modalidade pode utilizar uma solução pre- dominantemente concentrada de hidróxido de sódio e carbonato e/ou bicarbonato de sódio sólido (seco) misturada com a solução de ferro para ajudar a minimizar a produção do gás CO>2. Um carbonato de só- dio, por exemplo, álcalis sólidos de Na2CO;3 e/ou NaHCO;, ou simila- res, pode ser adicionado à solução de ferro. O carbonato de sódio po- de estimular a produção de produtos de ferro microcristalinos que po- dem desestruturar a formação de espécies de Fe(OH)>2 poliméricas e é usado para neutralizar parcialmente o ácido livre. Portanto, a solução e os métodos descritos para a preparação da solução fornecem uma so- lução não nociva que é de custo reduzido quando comparada a outras soluções e que contribui para neutralizar e eliminar o sulfeto na água residual. Adicionalmente, a solução descrita pode reduzir problemas de armazenamento, bombeamento e eficiência associados aos outros métodos.

Composição do Material

[0018] Em uma modalidade, uma pasta fluida (também chamada de pasta fluida de Fe(OH)2/Na2COs3) de um produto de ferro não nocivo é preparada. Por exemplo, a solução pode incluir carbonato ferroso, hidróxido ferroso, ou substância similar. A pasta fluida pode ter um pH maior ou igual a um pH 4, que torna o produto de ferro levemente áci- do e não corrosivo. Por exemplo, o pH da solução pode estar na faixa de 4,0 a 5,0, e pode estar especificamente entre 4,0 e 4,5. O teor de Fe (ferro) da pasta fluida do produto de ferro pode ser maior que 5%, 10%, e pode ser inclusive próximo a 15% em peso, o que pode resul- tar na neutralização mais efetiva dos sulfetos. Em uma modalidade, aditivos ou conservantes podem ser incluídos na pasta fluida, por exemplo, agentes antiaglomerantes (por exemplo, polímeros orgânicos catiônicos) capazes de retardar a aglomeração em partículas maiores, agentes espessantes (por exemplo, goma guar) que podem retardar a decantação de particulados, reduzindo a necessidade de colapso me- cânico, sequestradores de oxigênio (por exemplo, bissulfito de sódio) que podem retardar a oxidação pelo ar de Fe?* para Fe**, e substân-

cias similares. Esses conservantes/aditivos podem ajudar a elaborar um produto de prateleira estável que manterá a integridade da pasta fluida por um período de tempo prolongado.

Método de Produção

[0019] Para preparar a pasta fluida descrita, um usuário ou siste- ma pode adicionar componentes diferentes à solução. A adição de componentes pode ser realizada em uma ordem específica, a fim de criar a pasta fluida de uma maneira segura. No entanto, os componen- tes podem ser adicionados em qualquer ordem quando as precauções de segurança apropriadas são tomadas. Como um exemplo meramen- te ilustrativo, as quantidades e as razões dos reagentes empregados na produção da pasta fluida do produto de ferro não nocivo estão es- pecificadas na Tabela 1 abaixo. Para produzir com segurança a pasta fluida, a ordem de adição pode ser a seguinte: bissulfito de sódio é adicionado a uma solução do material de partida de ferro, seguindo-se a adição de soda cáustica (se utilizada), e em seguida carbonato de sódio. Por exemplo, consultando a Tabela 1, a ordem pode ser adicio- nar o bissulfito de sódio à solução de partida de FeCl2, depois adicio- nar o hidróxido de sódio e misturar para dissolver o máximo possível do Fe(OH)> sólido formado, e então adicionar o carbonato e misturar continuamente para dissolvê-lo/dispersá-lo.

Bissulfito de sódio (solução de NaHSO;3 a 40%) | 1g

EA MA Tabela 1.

[0020] Em uma modalidade, o material de partida de Fe(ll) (ferro ferroso) pode ser uma solução de FeCl> ou FeSOa, que pode ou não conter um certo percentual do ferro férrico correspondente. Em outras palavras, o material de partida de ferro pode ser um produto pronto e apresentar variações no percentual de ferro férrico correspondente ou até mesmo na concentração da solução de ferro. Em uma modalidade, soluções de ferro com concentrações mais altas podem ser utilizadas para produzir concentrações mais altas de produtos de ferro não noci- vos. Isso pode reduzir os custos com transporte e armazenamento. Por exemplo, soluções de partida de FeCl> podem ser maiores que 20% em peso ou maiores que 30% em peso. Em uma modalidade, a concentração de Feí(ll) no material de partida pode estar abaixo do seu limite de solubilidade em cerca de 15%.

[0021] Em uma modalidade, álcalis podem ser adicionados ao FeCl2 ou outra solução do material de partida de ferro. Os álcalis po- dem incluir ou conter bissulfito de sódio. Por exemplo, NaOH pode ser adicionado para aumentar o pH da solução do material de partida de ferro de cerca de pH < 0,0 — 0,5 para um pH 2, neutralizando assim parcialmente o ácido livre da solução do material de partida de ferro. Em seguida, carbonato ou bicarbonato de sódio, por exemplo em pó ou outra forma sólida, pode ser adicionado em uma quantidade que pode variar de uma razão molar de 0,15 a 0,5 entre carbonato e ferro. A quantidade de carbonato ou bicarbonato de sódio adicionada de- pende do pH final desejado do produto de ferro não nocivo e da quan- tidade de NaOH adicionada à solução de Fe(ll) precursora, e do pH/acidez desta solução. A finalidade da adição de NaOH é neutralizar parcialmente o teor de ácido livre e minimizar a geração de CO», o que, de outro modo, poderia produzir gás CO,» significativo após a adi- ção do carbonato na etapa seguinte. Em acréscimo ou em alternativa, Na2CO;3 ou NaHCO; pode ser usado para neutralizar o ácido livre, e nesse caso o CO» desprendido pode ser capturado em um depurador cáustico. Em uma modalidade, a solução depuradora contendo NaOH e/ou Na2CO; pode ser então adicionada à solução precursora de FeCl? para neutralizar toda ou parte da acidez livre, o que pode criar um cir- cuito de recuperação de CO, ou reuso. Em uma modalidade, o Na2CO;3 pode ser adicionado lentamente ao precursor de FeCl7 de baixa acidez como um pó seco enquanto é misturado rapidamente.

[0022] Em uma modalidade, a temperatura da reação através da(s) adição(s) de álcalis pode ser próxima da temperatura ambiente. A pressão pode ser geralmente atmosférica. Em alternativa, uma pres- são moderada (até 150 psig) pode ser aplicada ao reator. A pressão moderada pode minimizar o desprendimento de CO>. A solução do reator pode ser misturada continuamente em velocidade moderada durante a adição do hidróxido e do carbonato. O tempo da reação po- de depender da dispersão e/ou dissolução do carbonato. O tempo da reação pode depender da solução de partida de FeCl2. Por exemplo, o tempo da reação pode ser de 4 — 12 horas.

[0023] Em uma modalidade, um método de produção pode produ- zir uma pasta fluida do produto de ferro não nocivo de alta concentra- ção. Em uma modalidade, pouca ou nenhuma água livre pode ser adi- cionada no processo. Por exemplo, se começar com um solução de FeCl2 a 30% (13,2% de Fe em peso), um produto de ferro não nocivo com cerca de 12% de Fe pode ser produzido. Envelhecimento do Produto

[0024] Em uma modalidade, o(s) produto(s) inicial(s) formado(s) pode(m) ser também envelhecido(s). Por exemplo, o envelhecimento pode ser realizado ao longo de algumas horas. O envelhecimento po- de gerar uma micropasta fluida verde/azulada que pode permanecer suspensa. Estabilidade de armazenamento / conservação

[0025] Em uma modalidade, os produtos de ferro não nocivos ho- mogêneos não conservados podem exibir deterioração nas condições normais de armazenamento. Por exemplo, a deterioração pode ser determinada por: 1) alterações nas razões ferroso/férrico (em tempera- tura ambiente) e/ou 2) desempenho reduzido no uso final (por exem- plo, eficiência diminuída na ligação do sulfeto). Dispersantes, antioxi- dantes, ou agentes antiaglomerantes podem ser adicionados para me- lhorar a estabilidade de armazenamento do produto e o desempenho em uso final, caso em que o produto permanece estável por pelo me- nos um mês sem perda perceptível da eficiência de ligação do sulfeto. Composições do Produto

[0026] As composições do produto podem variar. Os exemplos de preparação são ilustrativos e não devem ser interpretados como limi- tantes. Em um primeiro exemplo, a preparação da pasta fluida de Fe(OH)/Na2CO;3 pode conter: Solução de Fe(ll) (Acidez Elevada) (30% de FeCl2; 6% de ácido livre): 1 L, Bissulfito de sódio (NaHSO;): 1,0 g, Hidróxido de sódio (NaOH): > 60 mL de solução de NaOH a 35% (equivalente de cerca de 27 g NaOH), Carbonato de sódio (Na2CO;): < 213,5 9.

[0027] Em uma modalidade, a preparação da pasta fluida de Fe(OH)y/Na2CO;3 pode utilizar o seguinte processo: Enquanto mistu- rando a solução de partida de FeCl2 em velocidade moderada, adicio- nar bissulfito de sódio, adicionar a solução de NaOH para manter o pH da solução em cerca de 1,5 — 2,0, continuar misturando para dissolver o máximo possível do Fe(OH)2 formado, em seguida adicionar carbo- nato de sódio lentamente para manter o pH da solução em cerca 4,0 — 4,5, e continuar misturando até o carbonato ser dissolvido e ou disper- so. A adição de carbonato pode gerar gás CO,», estimado para ser me- nos de 7 volumes de gás por volume de líquido. O volume de CO» po- de ser reduzido para menos de 1 L usando uma concentração maior de NaOH. A mistura pode se tornar gelatinosa após a adição e disso- lução/dispersão de carbonato, mas pode converter-se em uma pasta fluida azulada durante as horas de mistura, desde que o carbonato se- ja adicionado imediatamente.

[0028] A Figura 1 ilustra um espectro de infravermelho (IR) ilustra- tivo da primeira pasta fluida. Em uma modalidade, a característica do- minante do espectro é a banda de absorção da hidroxila centralizada ao redor de 3400 cm”, e sem indícios da presença de FeCO; ou Fe- CO3.Fe(OH)2. Fe(OH)? é a espécie dominante presente na pasta flui- da.

[0029] Em um segundo exemplo de preparação do produto da pasta fluida de Fe(OH)/Na2CO;, o método a seguir pode ser utilizado: Duas pastas semilíquidas diferentes podem ser preparadas e usadas para sequestrar o sulfeto na água do esgoto bruto ou outra água resi- dual bruta. A quantidade de NaOH e de carbonato de sódio (Na2CO;3) empregada para a preparação das pastas semilíquidas (majorar a es- cala para 1 L) é apresentada na Tabela 2. A Tabela 2 também apre- senta o pH da pasta fluida medido dois a seis dias após a preparação. Os procedimentos para a preparação das pastas semilíquidas podem ser como segue. Adicionar aproximadamente 1L da solução de Fe(ll) (acidez elevada) a um béquer, mergulhar uma barra de agitação no béquer e colocar sobre uma placa de agitação, e misturar a solução em velocidade moderada. Adicionar bissulfito de sódio e em seguida adicionar NaOH misturando para garantir que a maior parte, se não todos, os precipitados de Fe(OH)2 formados seja dissolvida; em segui- da adicionar Na2CO; lentamente e misturar continuamente até que a evolução do gás cesse. Os exemplos de preparação são ilustrativos e não devem ser considerados limitantes. “Subst químicas NaOHa — NaCO3g [FellINa=CO] NaHSO/g — pH 35%/mL(g) Molar Pasta fluida Nº 1 50(226) 214 0,6 1,0 4,9 Pasta fluida Nº 2 80 (36) 178 0,5 1,0 4,8 Tabela 2

[0030] Em um terceiro exemplo de preparação do produto, Fe(OH)yCarbonato homogêneo pode ser produzido. Em uma modali- dade, um Fe(OH)/Carbonato homogêneo pode ser preparado usando uma solução de Fe(ll) fresca de baixa acidez, que pode ser utilizada para sequestrar o sulfeto na água do esgoto bruto ou na água residual bruta. As concentrações dos reagentes usados para a preparação das pastas semilíquidas (majorar a escala para 1 L) são apresentadas na Tabela 3 junto com o pH da solução. A Tabela 3 também mostra o pH da pasta fluida medido dois a seis dias após a preparação. Os proce- dimentos para a preparação de pastas semilíquidas podem ser como segue: adicionar cerca de 900 mL da solução de Fe(ll) a um béquer, adicionar 100 mL de água, mergulhar uma barra de agitação no bé- quer e colocar sobre uma placa de agitação, e misturar a solução em velocidade moderada; pesar o carbonato de sódio e o bissulfito de só- dio, misturar, lentamente adicionar a mistura de carbonato/bissulfito e continuar misturando até que a evolução do gás cesse. “Parâmetros Solução de ferro Água NazCOs/ [Fel/[Na=CO]] NaHSOs/g pH com baixa acidez g “Quantidade 0,9L = OTL 371 09 10 40 Tabela 3.

[0031] A adição de carbonato a uma solução de Fe(ll) de baixa acidez envelhecida gera a pasta fluida. As composições de uma pasta fluida envelhecida são apresentadas na Tabela 4. “Parâmetros Solução NaOH(35%) NaCOs [Fel[Na:CO]] NaHSOs pH de ferro g g “Quantidade 1L — 8-10mL 25-50 0125-025 10 43. Tabela 4. Resultados dos testes de estabilidade no armazenamento

[0032] Como exemplo, a pasta fluida preparada conforme a Tabela 2 foi dividida em duas porções. Uma porção foi misturada vigorosa- mente e continuamente e a outra porção permaneceu em repouso; es-

sas soluções foram analisadas para as concentrações de Feí(ll) e Fe(lll), e os resultados são apresentados na Figura 2. A fração de Fe(lll) pode aumentar e atingir cerca de 28% após aproximadamente um mês na solução que foi misturada vigorosamente e continuamente.

Em contraste, a fração de Fe(lll) na solução que não foi misturada po- de apenas aumentar para cerca de 6%. Em uma modalidade, a estabi- lidade do Fe(OH)> solúvel preparado usando uma solução de Fe(ll) de baixa acidez pode ser estável por pelo menos um mês, com o Fe*?* possivelmente representando 2-3% da concentração total de Fe no produto, desde que a solução não seja perturbada.

Resultados do teste de eficiência em uso final Teste Laboratorial Nº 1

[0033] Em uma modalidade, a pasta fluida pode exibir os resulta- dos abaixo para os testes em uso final ilustrativos. A água residual bruta foi coletada de uma estação de tratamento de água residual local e adicionada a um recipiente de vidro (volume total — 4,6L) que foi equipado com uma válvula, tampado, e colocado sobre uma placa de agitação, misturado — suavemente, e permaneceu incuba- do/fermentando por dois a quatro dias em um ambiente praticamente anaeróbico (um pequeno bolsão de ar pode se formar no topo após alguns dias de incubação). Essa água residual fermentada gerou sulfe- to; a concentração de sulfeto gerou aumentos com concentrações de substâncias orgânicas dissolvidas e suspensas e a duração da fer- mentação. Por exemplo, o sulfeto total gerado após dois e três dias na água residual acima foi de cerca de 2,5 mg/L e 6,2 mg/L, respectiva- mente. A solução foi espetada com HS' para aumentar a concentração do sulfeto livre e depois sequestrada usando a solução de Fe(ll) ou pasta fluida de Fe(ll).

[0034] O sulfeto pode ser sequestrado pelo ferro ferroso e pelo ferro férrico. Por exemplo, em condições ideais, um mole de fon ferro- so ou de hidróxido ferroso pode reagir com um mole de sulfeto de hi- drogênio e pode formar um mole de sulfeto ferroso (FeS) insolúvel, enquanto 1,5 em moles de sulfeto podem reagir com um mole de íon férrico ou hidróxido férrico, de acordo com as seguintes reações: Fe(ll/Fe(OH); + HS > FeS + 2 H*/ 2H20 Fe(OH)3 + H2S > FeS +1/2S + 3 HO

[0035] Em uma modalidade, a eficiência máxima de remoção do sulfeto pelo íon ferroso e férrico e nas condições ideais, de acordo com a equação acima, pode ser 1 e 1,5, respectivamente. A estequio- metria acima pode não ser preditiva dos requisitos do produto de ferro porque a dissolução do ferro e a cinética da reação podem ser impor- tantes, e o equilíbrio químico pode nem sempre ocorrer, uma vez que é particularmente afetado pelo pH líquido do reagente e da água resi- dual (Kiilerich, et al., 2017).

[0036] Por exemplo, dois testes foram realizados para determinar a eficiência de sequestro do sulfeto tanto pela pasta fluida-Fe prepara- da de acordo com a Tabela 2 quanto pelo Fe(ll). O procedimento do teste foi idêntico ao relatado por Nielsen et al (Water Environ. Fed,., 2008). Os resultados dos primeiros dois testes são apresentados na Tabela 5. Os dados apresentados são a média de quatro testes repli- cados (usando a mesma água). “ Fe(ll)de Acidez Elevada — 9,86+0,17 4,15+0,30 10,72+0,37 Pasta fluida Nº 1 10,26+0,25 —4,11+0,30 10,08 + 0,28 -continuação tabela- “FontedeEFfe = [Fel/mgL —Eficiênci! pH “ Fe(l de Acidez Elevada — 11,35+0,268 — 077 — 7,13:0,01 | Pasta fluida Nº 1 10,50 + 0,38 0,88 7,24 +0,01 Tabela 5.

[0037] Em uma modalidade, a concentração total de sulfeto antes da modificação com HS' era de 2,2 mg/L, e a concentração total de Fe era de cerca de 1,3. Os dados apresentados na Tabela 5 mostram que: O pH da água residual espetada com o produto de Fe(ll) pode ser um pouco menor do que o do modificado com o produto de pasta flui- da-Fe não nocivo. As concentrações de sulfeto dissolvido na água re- sidual tratada com o produto de pasta fluida-Fe podem ser similares ou maiores do que as tratadas com o produto de Fe(ll), enquanto a con- centração de Fe na primeira é de cerca de 1 mg/L menor do que na ! Assumindo-se que 1,0 mg/L do ferro dissolvido na água residual sequestrou aproximada- mente 1,5 mg/L de sulfeto última. Portanto, a água residual foi modificada em cerca de 1 mg/L menos com o produto de pasta fluida-Fe do que o Fe(ll) do produto de commodity FeCl2, tendo ainda proporcionado uma eficiência melhor ou igual à do controle do sulfeto. Teste Laboratorial Nº 2

[0038] Como exemplo adicional, uma amostra de água residual bruta foi coletada de uma estação de tratamento de água residual local e analisada para diversos parâmetros. Os resultados dos exemplos são apresentados na Tabela 6. As concentrações do sulfeto dissolvido ([Sº*]p) e total ([S*]r) na água residual bruta foram de 0,017 mg/L e 0,137 mg/L, respectivamente. O pH da água bruta era de cerca de 7,4 e diminuiu para cerca de 6,9, gerando a fermentação do sulfeto de hi- drogênio. “Parâmetros pH Fe(lymgll Fer/mgL Alcalinidade/mgl COD/mgll. Valores — 74 06 104 297+20 41010 Tabela 6.

[0039] A título de exemplo, a água residual bruta ficou fermentan- do por três dias, e as concentrações do sulfeto dissolvido e total na água residual bruta aumentaram para cerca de 10,6 mg/L e 12 mg/L, respectivamente. Novamente, dois grupos de testes foram realizados para determinar a eficiência do sequestro de sulfeto pela pasta fluida de Fe(OH)2/Carbonato, preparada conforme a Tabela 3, e pela Fe(ll). Os resultados dos primeiros dois testes são apresentados na Tabela 7. Os dados apresentados são a média dos diferentes testes (usando a mesma água). Os resultados mostram novamente que o produto Fe(OH)yCarbonato não nocivo pode mostrar resultados melhores do que o produto de commodity Fe(ll). Fonte de Fe [8] mg/L [S?]o/ mg/L Fe(ll) de Baixa Acidez 9,45 + 0,15 3,42 + 0,11

Fe(OH)/Na2CO;3 10,60 + 0,25 2,611+0,10 -continuação tabela- Fonte de Fe [Fe(ll)]]/ mg/L Eficiência? pH Fe(ll) de Baixa Acidez 11,29 + 0,56 0,77 7,14 +0,01 Fe(OH)/Na2CO;3 10,93 + 0,35 0,98 7,10 + 0,01 Tabela 7.

[0040] Por exemplo, os testes acima foram repetidos mais algu- mas vezes ao longo de um período de 30 dias usando a mesma pasta fluida de Fe(OH)/Na2CO; preparada conforme a Tabela 3 e a água residual bruta fresca coletada da estação de tratamento de água resi- dual. Exemplos dos dados da qualidade da água são mostrados na Tabela 8.

Parâmetros — pH [Fe(ll)/ [Fel/mg/L Alcalinidade/ COD/ mg/L mg/L mg/L Valores 7,60+0,15 08 1,20 +0,22 310+100 410 +70 Tabela 8.

[0041] As concentrações de S?pn e S?*r na água residual fresca foram de cerca de 0,01 mg/L e 0,17 mg/L em média, respectivamente; e aumentaram, após três dias de fermentação em meio anaeróbico, para cerca de 11,7 mg/L e 10,8 mg/L, respectivamente. A Figura 3 compara a eficiência do sequestro de H2S com o produto de Fe(ll) de baixa acidez e a pasta fluida de Fe(OH)2/carbonato não nocivo. ? Assumindo-se que ferro dissolvido na água residual sequestrou cerca de 1,15 mg/L de sulfeto.

Teste Laboratorial Nº 3

[0042] Em outro exemplo, a água residual bruta foi coletada, assim como antes, da mesma estação de tratamento de água residual em dias diferentes, e permaneceu fermentando conforme descrito acima. A concentração de sulfeto total atingiu cerca de 12 — 24 mg/L. Os tes- tes de sequestro de sulfeto acima foram repetidos usando uma solu- ção comercial de Fe(ll) envelhecida e baixa acidez e uma pasta fluida não nociva preparada usando a mesma solução de Fe(ll) envelhecida de baixa acidez, NaOH, e Na2CO; (veja a Tabela 4). Os resultados dos testes exemplificativos são mostrados na Figura 4, ilustrando gráficos que mostram as eficiências de sequestro do sulfeto pela solução de Fe(ll) e por uma pasta fluida de Fe(OH)/Na2CO;3 não nocivo prepara- da usando a solução de Fe(ll). Os dados mostram claramente que a eficiência da pasta fluida não nociva em termos de sequestro do sulfe- to pode ser semelhante ou ligeiramente inferior à da solução comercial de Fe(ll). Esses testes laboratoriais são apresentados a mero título de ilustração e não devem ser interpretados como uma limitação às ra- zões, volumes, tipos, ou atributos similares, de qualquer dos compo- nentes utilizados na geração da pasta fluida.

[0043] A presente divulgação foi apresentada para fins ilustrativos e descritivos, mas não deve ser contemplada como exaustiva ou limi- tante. Diversas modificações e variações serão percebidas pelos indi- víduos versados na técnica básica. A modalidades foram escolhidas e descritas a fim de explicar os seus princípios e a sua aplicação prática, bem como para permitir que outros indivíduos versados na técnica bá- sica possam entender a divulgação para várias modalidades com vá- rias modificações, à medida que são adequadas para o uso particular contemplado.

[0044] Portanto, embora o presente pedido descreva exemplos de modalidades ilustrativas fazendo referência às figuras que o acompa-

nham, deve ficar claro que a presente descrição não é limitante, e que um indivíduo versado na técnica poderá fazer diversas modificações e alterações sem abandonar o escopo ou a essência da divulgação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produzir um produto não nocivo à base de fer- ro destinado ao tratamento da água residual caracterizado pelo fato de que compreende: adicionar bissulfito de sódio a uma solução contendo ferro, e dessa maneira criar uma solução aquosa; adicionar uma quantidade de hidróxido de sódio à solução aquosa para aumentar o pH da solução aquosa para uma faixa entre 2 — 2,5; determinar uma quantidade de bicarbonato de sódio e adicio- nar a quantidade de bicarbonato de sódio identificada à solução aquosa, sendo que o bicarbonato de sódio ajusta o pH da solução aquosa até o pH desejado; e fornecer um tampão à solução aquosa para gerar uma pasta fluida.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução que contém ferro contém cloreto de ferro.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução que contém ferro contém sulfeto de ferro.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pH desejado está entre 4 — 5.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tampão é escolhido entre o grupo formado por: carbo- nato e bicarbonato de sódio.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tampão neutraliza pelo menos parte do ácido livre na solução aquosa.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução que contém ferro contém uma solução aquosa deFe(ll);e compreende adicionalmente envelhecer uma solução aquosa de Fe (II) antes do uso.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente capturar o dióxido de car- bono usando um depurador cáustico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar, à solução aquo- sa, pelo menos um agente adicional entre o grupo formado por dispersan- tes, antioxidantes, e agentes antiaglomerantes.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente medir um espectro de infra- vermelho da pasta fluida.

11. Método para produzir um produto de ferro não nocivo des- tinado ao tratamento de águas residuais, caracterizado pelo fato de que compreende: adicionar bissulfito de sódio a uma solução do material de par- tida de ferro, e desse modo criar uma solução aquosa; determinar uma quantidade de um primeiro tampão e adicionar a quantidade identificada do primeiro tampão à solução aquosa, sendo que o primeiro tampão ajusta o pH da solução aquosa; e fornecer um segundo tampão à solução aquosa para gerar uma pasta fluida.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a solução do material de partida de ferro contém cloreto de ferro.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a solução do material de partida de ferro contém sulfeto de ferro.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o pH desejado está entre 4 — 5.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro tampão é escolhido entre o grupo formado por: carbonato e bicarbonato de sódio.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro tampão neutraliza pelo menos parte do ácido livre na solução aquosa.

17. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a solução do material de partida de ferro contém uma solução aquosa de Fe (Il); e compreende adicionalmente envelhecer uma solução aquosa de Fe (II) antes do uso.

18. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente capturar o dióxido de car- bono usando um depurador cáustico.

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar, à solução aquo- sa, pelo menos um agente adicional entre o grupo formado por dispersan- tes, antioxidantes, e agentes antiaglomerantes.

20. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente medir um espectro de infra- vermelho da pasta fluida.