"MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE LASTRO" CAMPO DA INVENÇÃO [01] Esta invenção no geral refere-se a um método de tratamento de água de lastro para eliminar espécies marinhas e bactérias patogênicas da água de lastro. Mais particularmente, o método desta invenção, trata água de lastro com hipoclorito que é produzido no local.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [02] Água de lastro é usada para equilibrar a distribuição de peso em uma embarcação marinha. A água é bombeada para o interior dos tanques onde é armazenada para equilibrar uma embarcação corretamente para uma viagem. Freqüentemente a água de lastro é carregada num porto, transportada para outro, onde é esvaziada no novo porto. Esta prática comum tem um perigo inerente. A liberação da água de lastro, levada a bordo de um local distante pode ser tanto prejudicial para o ambiente quanto perigoso aos humanos e animais em um porto novo. [ 03 ] A introdução de vida marinha estrangeira em um ecossistema novo pode ter um efeito devastador na flora nativa e fauna que, podem não ter as defesas naturais às espécies novas. Adicionalmente, patogenias bacterianas prejudiciais, como cólera, podem estar presentes no porto de origem. Estas patogenias podem se multiplicar com o passar do tempo nos tanques de lastro e podem causar uma erupção de doenças na área onde elas são liberadas. [04] Os perigos interpostos pela vida marinha e patogenias podem ser controlados matando essas espécies presente na água de lastro. Durante o último século, cloração se tomou o meio padrão para desinfetar suprimentos de água, água potável, rejeitos de água e piscinas, por exemplo, para eliminar epidemias de doenças de água contaminada.
RESUMO DA INVENÇÃO [05] A presente invenção provê um método para tratar água de lastro em uma embarcação marinha. Água de lastro é colocada num recipiente em um porto e descarregada ao alcançar outro porto. A geração de hipoclorito no local permite tratar a água de lastro a bordo da embarcação antes da água de lastro ser liberada em um porto distante. Tratando a água de lastro com hipoclorito, gerado na própria água de lastro, elimina muitos dos organismos marinhos e bactérias que podem ser transportadas do primeiro porto e podem ser propagadas dentro dos tanques de água de lastro. A eliminação destes organismos por seu turno elimina a introdução de espécies marinhas estrangeiras na água, e previne o surgimento de doenças nascidas na água, como cólera. Adicionalmente, o sistema e método desta invenção provêem um mecanismo para separar e libertar o potencialmente perigoso subproduto de hidrogênio da geração do hipoclorito. Finalmente, a água de lastro tratada sofre um processo de descloração para remover qualquer cloro residual antes de descarregar a água de lastro tratada num porto novo. [06] Um aspecto desta invenção, inclui o sistema de tratamento da água de lastro que compreende uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito adaptadas para receber um fluxo de água de lastro, um analisador de cloro em comunicação fluida com o fluxo de água de lastro, e meios para ventilação. O sistema pode incluir também um ou mais separadores de hidrogênio em comunicação fluida com as células eletrolíticas de hipoclorito, preferivelmente o separador de hidrogênio também incorpora meios de ventilação. O separador de hidrogênio pode ser um separador hidrociclônico. [07] Em uma incorporação, cada célula eletrolítica de hipoclorito compreende uma célula tubular, a célula tubular compreendendo um tubo monopolar externo e um tubo bipolar interno. O sistema de tratamento de água de lastro pode ainda compreender um sistema auxiliar de sulfito para neutralizar cloro residual antes da descarga da água de lastro tratada em um porto novo, de forma que o cloro não destrua flora e fauna indígenas. O sistema auxiliar de sulfito é posicionado à jusante da(s) célula(s) eletrolítica(s) de hipoclorito. [08] Em uma outra incorporação preferida, o sistema de tratamento de água de lastro pode compreender um ou mais tanques de água de lastro, uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, um analisador de cloro e um ou mais separadores de hidrogênio conectados a uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. As células eletrolíticas de hipoclorito são adaptadas para receber um fluxo de água de lastro. O analisador de cloro é posicionado a jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. [09] O sistema de tratamento de água de lastro pode ainda, incluir tubulação adaptada para transportar água de lastro para um ou mais tanques de água de lastro, e tubulação de fluxo lateral. A tubulação de fluxo lateral está em comunicação fluida com a tubulação adaptada para transportar água de lastro a um ou mais tanques de água de lastro. A tubulação de fluxo lateral está adaptada para transportar uma porção da água de lastro para/de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. [010] Preferivelmente, as células eletrolíticas de hipoclorito são adaptadas para eletrolisar água do mar. Em uma incorporação, o analisador de cloro está em comunicação fluida com a tubulação. [011] Numa incorporação mais preferida, o analisador de cloro compreende uma unidade de amostra para medir a quantidade de cloro na água de lastro e uma unidade sinalizadora para emitir um sinal elétrico para uma ou mais células eletrolíticas para modular a produção de hipoclorito. [012] O sistema de tratamento de água de lastro pode ainda compreender uma bomba impulsora à montante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. A bomba impulsora aumenta a pressão da água transportada pelo sistema de tratamento de água de lastro. Altemativamente, a bomba impulsora está conectada à tubulação de fluxo lateral à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para aumentar a pressão da água transportada pelo sistema de tratamento de água de lastro. Preferivelmente, um ou mais separadores de hidrogênio incluem meios para expelir hidrogênio para a atmosfera. [013] Em outra incorporação preferida, um filtro é conectado na tubulação à montante da tubulação de fluxo lateral que conduz a uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para filtrar a água de lastro antes da água entrar em uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. Preferivelmente, o filtro inclui um filtro autolimpante de 50 mícrons. [014] Em outra incorporação, cada célula eletrolítica de hipoclorito compreende uma célula tubular, a célula tubular compreendendo um tubo monopolar externo e um tubo bipolar interno. [015] Em outra incorporação da invenção, o sistema de tratamento de água de lastro compreende ainda um sistema de descloração para neutralizar cloro residual. O sistema de descloração pode ser posicionado a jusante dos tanques de água de lastro. Preferivelmente, o sistema de descloração é um sistema auxiliar de sulfito. O sistema auxiliar de sulfito preferivelmente compreende um tanque de sulfito, uma bomba, e um analisador de sulfito. [016] Em uma incorporação alternativa, o sistema de descloração compreende meios para misturar a água de lastro com água que inclui o conteúdo de Demanda de Oxigênio Biológica (BOD - Biological Oxygen Demand). A água que inclui conteúdo de BOD pode ser água do mar. Em uma incorporação, os meios para misturar a água de lastro com a água que contém BOD incluem um ejetor. Altemativamente, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD incluem um sistema de bomba adaptado para transportar a água que contém BOD a um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro. [017] Em outra incorporação preferida da invenção, o sistema de tratamento de água de lastro inclui uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, um analisador de cloro, meios para expelir hidrogênio, tubulação, tubulação de fluxo lateral e uma bomba impulsora. O analisador de cloro é posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. A tubulação é adaptada para transportar água de lastro a um ou mais tanques de lastro. A tubulação de fluxo lateral está em comunicação fluida com a tubulação. A tubulação de fluxo lateral é adaptada para transportar uma porção da água de lastro para e de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. A bomba impulsora está conectada à tubulação de fluxo lateral para aumentar a pressão da água transportada pelo sistema de tratamento de lastro. [018] Em outra incorporação, o analisador de cloro está em comunicação fluida com a tubulação. Preferivelmente, os meios para expelir hidrogênio compreendem uma abertura no tanque de lastro. O sistema de tratamento de água de lastro pode incluir ainda um filtro conectado à montante da tubulação na entrada da tubulação lateral de fluxo. [019] Em outra incorporação da invenção, cada célula eletrolítica de hipoclorito compreende uma célula tubular, a célula tubular compreendendo um tubo monopolar externo e um tubo bipolar interno. [020] Num outro aspecto da invenção, o sistema de tratamento de água de lastro ainda compreende um sistema auxiliar de sulfito para neutralizar cloro residual, o sistema auxiliar de sulfito está posicionado a jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. Altemativamente, o sistema de tratamento de água de lastro compreende meios para misturar a água de lastro com a água que contém BOD para neutralizar o cloro residual antes de descarregar a água de lastro. A água que contém BOD pode ser água do mar. Os meios para misturar a água de lastro com a água que contém BOD pode incluir um ejetor. Altemativamente, os meios para misturar a água de lastro com a água que contém BOD pode incluir um sistema de bomba adaptado para transportar a água que contém BOD a um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro. [021] Em outra incorporação da invenção, o sistema para tratar água de lastro compreende uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, um analisador de cloro, meios para expelir hidrogênio, e um sistema auxiliar de sulfito. O analisador de cloro está posicionado a jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. Os meios são conectados para expelir hidrogênio para uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. O sistema auxiliar de sulfito está posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para neutralizar cloro residual. [022] Preferivelmente, os meios para expelir hidrogênio incluem um separador de hidrogênio. Em outra incorporação do sistema, o analisador de cloro inclui uma unidade de amostra para medir a quantidade de cloro na água de lastro e uma unidade de sinal para emitir um sinal elétrico a uma ou mais células eletrolíticas, quando hipoclorito adicional é requerido. Preferivelmente, o sistema auxiliar de sulfito compreende um tanque de sulfito, uma bomba de diafragma e um analisador de sulfito. Em outra incorporação, um filtro é posicionado à montante das células eletrolíticas de hipoclorito para filtrar água antes de entrar em uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. [023] Em outra incorporação da invenção, o sistema para tratar água de lastro a bordo de uma embarcação marinha compreende uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, tubulação, tubulação de fluxo lateral, uma bomba impulsora, um analisador de cloro, meios para expelir hidrogênio para a atmosfera, um sistema auxiliar de sulfito, e um filtro. [024] A tubulação é adaptada para transportar água de lastro para uma embarcação marinha. A tubulação de fluxo lateral está em comunicação fluida com a tubulação e adaptada para transportar uma porção da água de lastro para e de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. A bomba impulsora está conectada à tubulação de fluxo lateral para aumentar a pressão de água transportada pelo sistema de tratamento de água de lastro. O analisador de cloro está posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. O analisador de cloro compreende uma unidade de amostragem para medir a quantidade de cloro na água de lastro e uma unidade de sinal para emitir um sinal elétrico a uma ou mais células eletrolíticas quando é requerido hipoclorito adicional. O separador de hidrogênio inclui meios para expelir hidrogênio à atmosfera. O sistema auxiliar de sulfito está posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para neutralizar cloro residual. O filtro está conectado à tubulação. [025] Ainda, numa outra incorporação do sistema para tratar água de lastro, o sistema compreende uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, um analisador de cloro posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, meios para expelir hidrogênio; e um sistema de descloração. O sistema de descloração inclui meios para misturar a água de lastro com a água que contem BOD para neutralizar cloro residual. [026] Em uma incorporação da invenção, a água que compreende conteúdo de BOD é água do mar. Em uma outra incorporação da invenção, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD compreende um ejetor. Altemativamente, os meios para misturar a água de lastro com água que contem BOD compreende um sistema de bomba adaptado para transportar a água que contém BOD a um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro. [027] Geralmente, o método para tratar água de lastro compreende extrair/aspirar um fluxo de água de lastro para um ou mais tanques de água de lastro. Uma porção do fluxo da água de lastro é removida para formar um fluxo de tratamento. A corrente é aplicada então a uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para produzir hipoclorito dentro do fluxo de tratamento. O hidrogênio resultante é removido do fluxo de tratamento.
Finalmente, o fluxo de tratamento é reintroduzido no fluxo de água de lastro. [028] Uma outra incorporação deste método ainda inclui a etapa de aumentar a pressão do fluxo de tratamento com uma bomba. Preferivelmente, o fluxo de água de lastro é filtrado antes da remoção do fluxo de tratamento. Em uma incorporação, hidrogênio é separado do fluxo de tratamento por um separador hidrociclônico. [029] Em outra incorporação, o fluxo de água de lastro é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido ao fluxo principal para determinar a concentração de cloro no fluxo de água de lastro. Preferivelmente, a concentração de cloro no fluxo de água de lastro é medido por um analisador de cloro e a corrente, em uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito, são ajustadas em resposta à medida da concentração de cloro para aumentar ou diminuir o hipoclorito gerado no fluxo de tratamento. Preferivelmente, as células eletrolíticas usam água do mar para gerar hipoclorito no fluxo de tratamento. [030] Em outra incorporação, cloro residual no fluxo de água de lastro é neutralizado com sulfito à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. Altemativamente, cloro residual no fluxo de água de lastro é neutralizado canalizando sulfito químico diretamente no tanque de água de lastro para desclorar a água de lastro antes de descarga. [031] Em outro aspecto do método, cloro residual é neutralizado com meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD antes da descarga da água de lastro. Em uma incorporação do método, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD incluem um ejetor. Em outra incorporação do método, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD compreende um sistema de bomba adaptado para transportar a água contendo BOD para um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro. Em outro aspecto do método, a água contendo BOD é água do mar. [032] Em outra incorporação do método desta invenção, um fluxo de água de lastro é tirado da embarcação, O fluxo de água de lastro é então filtrado. Logo, uma porção do fluxo de água de lastro filtrado é removida para formar um fluxo de tratamento, e a pressão do fluxo de tratamento é aumentada. Em uma incorporação alternativa, a água de lastro filtrada é enviada diretamente aos tanques de lastro antes do tratamento que usa o sistema e método desta invenção. O fluxo de tratamento é então canalizado para uma ou mais células eletrolíücas de hipoelorito. Corrente é aplicada a unia ou mais células eletrolíticas de hipoelorito para produzir hipoelorito dentro do fluxo de tratamento. O hidrogênio resultante é separado do fluxo de tratamento por meios de ventilação. O fluxo de tratamento é reintroduzido no fluxo de água de lastro. O fluxo de água de lastro é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido para determinar a concentração de cloro no fluxo de lastro. A corrente em uma ou mais células eletrolíticas de hipoelorito são ajustadas de acordo com a medida da concentração de cloro medida para aumentar ou diminuir o hipoelorito gerado no fluxo de tratamento. Final mente, cloro residual no fluxo da água de lastro é neutralizado a jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoelorito com sulfito. [033] Em outra incorporação deste método, o hidrogênio é separado do fluxo de tratamento por um separador hidroeielônieo. Alternativamente, os meios para expelir hidrogênio incluem ventilar o tanque de água de lastro à atmosfera, [034] Em outra incorporação do método, a etapa de neutralizar cloro residual compreende canalizar o fluxo de água de lastro a um sistema auxiliar de sulfito, o sistema auxiliar de sulfito está posicionado à jusante dos tanques da água de lastro. [035] Ainda em outra incorporação do método para tratar água de lastro, o método compreende primeiro em puxar um fluxo de água de lastro para um ou mais tanques de lastro, Em seguida, uma porção da água de lastro é removida para formar um fluxo de tratamento, O fluxo de tratamento é transportado então a uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. É aplicada uma corrente a uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito para produzir hipoclorito dentro do fluxo de tratamento. O hidrogênio resultante é separado do fluxo de tratamento. O fluxo de tratamento é então reintroduzido ao fluxo de água de lastro. Em uma incorporação, o fluxo de tratamento pode ser reintroduzido ao fluxo de água de lastro, antes do fluxo de água de lastro entrar nos tanques de lastro. [036] Finalmente, o cloro residual no fluxo de água de lastro é neutralizado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito com meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD antes de descarregar a água de lastro. [037 ] O método pode incluir a etapa de aumentar a pressão do fluxo de tratamento com uma bomba impulsora mais adiante. Em outra incorporação, o fluxo da água de lastro é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido para determinar a concentração de cloro no fluxo de água de lastro. A concentração de cloro no fluxo de água de lastro pode ser medido por um analisador de cloro e a corrente de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito pode ser ajustado com respeito à concentração de cloro medida para aumentar ou diminuir o hipoclorito gerado no fluxo de tratamento. [038] Em uma incorporação adicional do método, o cloro residual no fluxo de água de lastro tratado é neutralizado a jusante, com sulfito a partir de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito. [039] Em outra incorporação do método desta invenção, cloro residual na água de lastro tratada é removido misturando a água de lastro com água contendo BOD. Preferivelmente, a água contendo BOD é água do mar. Ainda em outra incorporação, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD incluem um ejetor. Altemativamente, os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD incluem um sistema de bomba adaptado para transportar a água contendo BOD a um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [040] A figura 1 é uma vista esquemática do sistema desta invenção para tratar água de lastro; [041] A figura 2 é uma vista esquemática do sistema desta invenção para neutralizar cloro; [042] A figura 3 é um gráfico mostrando os resultados experimentais para tratar água de lastro com o sistema e método desta invenção; e [043] A figura 4 é outro gráfico mostrando os resultados experimentais para tratar água de lastro com o sistema e método desta invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [044] A presente invenção provê um método para tratar água de lastro. Uma reação no local para criar hipoclorito de sódio (NaOCl) é ilustrada na equação seguinte: NAC1 + H20 + 2e -> NaOCl + H2T [045] Com referencia à Figura 1, em uma incorporação da invenção na qual a água de lastro é tratada no local, é bombeada água a bordo de uma embarcação marinha, um navio ou equipamento de óleo, por exemplo. A água pode ser água do mar com conteúdo de sal natural ou água doce. Em uma incorporação, um fluxo lateral de água de lastro está separado do fluxo de água principal, indo para os tanques de lastro 170. Em uma incorporação alternativa, o fluxo lateral é retirado dos tanques de água de lastro 170 depois que o fluxo de água de lastro principal ter entrado nos tanques de água de lastro 170. O fluxo lateral flui através da tubulação de transporte lateral 100 para uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito 130 onde o hipoclorito é gerado tanto do sal naturalmente presente na água de lastro, se da água do mar, ou do sal de cloreto adicionado à água fresca. Água do mar é usada com a finalidade desta descrição, mas esta invenção não é limitada à água do mar. Qualquer água salgada cloro-geradora pode ser usada. [046] Uma ou mais células eletrolíticas são equipadas com elét rodos anódicos e catódicos energizados com corrente contínua. Nesta condição, ocorre eletróltsc parcial dc cloreto de sódio (NaO) contendo água do mar natural. A solução aqiiosa de cloreto de sódio (NaCI) que é completamente dissociado como íon de sódio (Na+) e íon de cloro (Cl'), reage ao ânodo para gerar cloro livre. Os tons de hidróxido (OH') na água, migram da área catódica e reagem com Na+ e Cl· próximo do ânodo para produzir hipoclorito de sódio (NaOCI) e hidrogênio (Hi). [047] A água Flui então para um separador de hidrogênio 140 onde o subproduto de hidrogênio (J-l·) da geração de hipoclorito é separado do fluxo lateral. O fluxo lateral é então reintroduzido ao (luxo de água de lastro para eliminar organismos marinhos e bactérias nos tanques de água de lastro. [048] Em uma incoiporação da invenção, o separador de hidrogênio 140 pode incluir um separador hidrociclônieo. O separador de hidrogênio 140 também pode compreender meios para ventilar hidrogênio para a atmosfera 145. A separação do hidrogênio do fluxo de água é importante pois o hidrogênio é altamente inflamável. Hidrogênio é inflamável no ar em concentrações de 4,1% a 74%. Sem o uso do separador de hidrogênio 140, é possível o hidrogênio ser introduzido nos tanques de água de lastro onde podería alcançar concentrações de bidrogênio-ar potencialmente na gama de inflamabilidade. [049] O separador hidrociclônieo 140 desta invenção inclui uma seção de topo cilíndrica e uma seção de fundo cônica. A água de uma ou mais células eletrolíticas, contendo hidrogênio, entra no lado da seção de topo, O hidrogênio deixa o topo do separador, enquanto a água deixa o fundo, A água entra tangencial mente pelo lado da seção cilíndrica de forma que a água percorre um caminho circular ao redor das seções cilíndricas e cônicas antes de fluir para fora do fundo do separador, facilitando a separação da água e hidrogênio. [050] Em outra incorporação da invenção, um analisador de cloro 150, em comunicação fluida com o fluxo de água de lastro, mede o conteúdo de cloro da água de lastro. O analisador de cloro 150 pode ser posicionado à jusante de uma ou mais células eletrolíticas 130. Em um aspecto, o analisador de cloro 150 é posicionado a jusante do ponto onde o fluxo lateral clorado (fluxo de tratamento) reentra no fluxo de água de lastro. O analisador de cloro 150 pode ainda incluir uma unidade de amostragem que modula o conteúdo de hipoclorito na água de lastro medindo o nível de cloro na água e emitindo um sinal às células eletrolíticas 130 para ajustar a quantidade de hipoclorito gerado no fluxo lateral relativo a uma concentração predeterminada no tanque de lastro e transporte. O analisador de cloro 150 funciona tomando uma amostra e misturando-a com um iodeto ácido ou reagente de iodeto de potássio. A presença de cloro na amostra oxida o iodeto para iodo. O iodo liberado é medido por um sensor amperométrico do tipo membrana-coberta. O nível de iodo é proporcional à concentração total de cloro na amostra. [051] Em outra incorporação alternativa desta invenção, um filtro 180 está presente e em comunicação fluida com o fluxo de água de lastro. O filtro pode ser posicionado à montante do fluxo lateral que conduz a uma ou mais células eletrolíticas para remover detritos do fluxo lateral. O filtro é preferivelmente um filtro auto-limpante de 50 mícrons. Um filtro auto-limpante mede o diferencial de pressão através dele. Quando a tela de filtro fica entupida com os detritos removidos pelo filtro,a pressão diferencial aumenta. Uma vez que o diferencial de pressão alcança um certo valor de ajuste ou uma quantidade predeterminada de tempo tenha transcorrido, a tela do filtro é limpa por um escâner de sucção com bocais cuja espiral cruzam a superfície interna da tela. A filtração de detritos é aspirada da tela e expelida para fora pela válvula de exaustão 185. [052] Em outra incorporação da invenção, a célula eletrolítica de hipoclorito compreende uma célula tubular. A célula tubular compreende um tubo monopolar externo e um tubo bipolar interno. A célula eletrolítica de hipoclorito também pode incluir outros tipos de células eletrolíticas. Muitos tipos de células eletrolíticas de hipoclorito do tipo in loco são conhecidas pela indústria de eletrocloração. Outro tipo de célula eletrolítica que pode ser usada neste sistema é gerador de hipoclorito tipo placa. A célula eletrolítica é selecionada por causa de sua configuração de nós de conexão aos eletrodos e do fluxo hidráulico de líquido ao longo da célula. [053] Ainda, em outra incorporação da invenção, uma bomba impulsora 110 é conectada à tubulação do fluxo lateral 100 para aumentar a pressão de água do sistema de tratamento de água de lastro. O aumento da pressão é necessário porque uma queda de pressão significativa acontece quando o fluxo lateral passa pelas células eletrolíticas de hipoclorito 130 que devem ser compensadas para permitir que o fluxo lateral possa ser reintroduzido no fluxo de água de lastro. O impulsor de bomba 110 pode ser posicionado tanto a montante ou a jusante das células eletrolíticas de hipoclorito 130. [054] Água de lastro é levada tipicamente a bordo, de um porto ou cais e então liberada no próximo porto. Cloro residual nos tanques de água de lastro que não são consumidos no tratamento da água de lastro é potencialmente prejudicial ao ecossistema marinho no porto novo onde a água de lastro é descarregada. O cloro residual pode matar flora nativa e fauna no ecossistema. Consumindo ou neutralizando este cloro residual imediatamente antes de descarregar a água de lastro protege-se contra o dano que o cloro residual causaria. Em uma incorporação da invenção, um sistema descloração 200 pode ser adicionado para neutralizar o cloro residual no tanque da água de lastro 170 antes da água de lastro ser liberada do recipiente no porto, oceano, lago, ou rio. O sistema de descloração pode ser posicionado a jusante dos tanques de lastro. Em uma incorporação ilustrada na Figura 1, o sistema de descloração pode incluir um sistema auxiliar de sulfito. O sistema auxiliar de sulfito 200 pode incluir um tanque de sulfito 210, uma bomba 220, e um analisador de sulfito 230. Em um aspecto a bomba do sistema auxiliar de sulfito 200 é uma bomba de diafragma dosadora. A bomba de diafragma dosadora controla o fluxo de sulfito utilizado para neutralizar o cloro residual. [055] O sistema auxiliar de sulfito 200 remove o cloro residual reagindo o cloro com o gás de dióxido de enxofre, uma solução de bisulfito de sódio, ou sulfato de sódio. O cloro residual é consumido na reação seguinte: Na2S03 + Cl2 + H20 -> Na2S04 + 2HC1 [056] Tão logo os íons de sulfito estejam presentes em excesso no efluente, efetivamente nenhum cloro estará presente. O analisador de sulfito converte os íons de sulfito na amostra de água tratada para dióxido de enxofre misturando a amostra com ácido. O dióxido de enxofre é tirado então da amostra e medido por um sensor de gás. O analisador 230 provê uma saída de controle para controlar a alimentação do tanque de sulfito para desclorar o fluxo de água de lastro. [057] Em uma incorporação alternativa da invenção como visto na figura 2, o cloro residual pode ser tomado inócuo reagindo o cloro com organismos na água do mar. Em vez de neutralizar cloro residual com sulfito de sódio ou outra substância química armazenada, podem ser usados microorganismos na água do mar sem a necessidade de levar e manter estoques de cloro que neutraliza substâncias químicas. [058] A água do mar tem uma demanda de oxigênio biológica natural (BOD) isso pode ser utilizado para remover cloro da água de lastro. Resultados experimentais, informados abaixo e ilustrado nas Figuras 3 e 4, revela que água do mar tem uma reação imediata com cloro. O resíduo total de oxidantes contido na água de lastro é reduzido imediatamente quando água do mar é misturada com a água de lastro. [059] Os benefícios na reação da água do mar com a água de lastro a bordo da embarcação são: primeiro, que a água do mar elimina a necessidade de carregar substâncias químicas a bordo do navio, e segundo, cloro residual, é tomado inócuo em um ambiente controlado. Liberar cloro simplesmente com a água de lastro permite que o cloro reaja sem qualquer controle. Neutralizar o cloro a bordo significa que o cloro não pode se instalar numa área potencialmente sensível. [060] Referindo-se agora à Figura 2, em uma incorporação preferida de descloração com água contendo BOD, água do mar é bombeada a bordo da embarcação por um ejetor 310. A queda de pressão no ejetor 310 extrai água de lastro da água de lastro do tanque 320. A água de lastro 330 mistura-se com a água do mar no ejetor 310. Cloro residual é tomado inócuo imediatamente pela água do mar. Depois de misturadas, a água do mar e a água de lastro desclorada são transportadas ao mar onde elas podem ser liberadas seguramente dentro do porto sem prejudicar vida marinha indígena. [061] Em uma incorporação alternativa da invenção como mostrada na Figura 2, água do mar adicional é levada a bordo da embarcação onde é misturada com água de lastro previamente tratada a num ponto de mistura 340 adjacente ao tanque de água de lastro 330. Qualquer cloro residual na água de lastro reage com o BOD contido na água do mar para tomar o cloro residual inócuo dentro do ambiente controlado do tanque de água de lastro. A mistura de água de lastro desclorada e água do mar é então liberada. [062] Em uma incorporação do método desta invenção, água de lastro é tratada, primeiro, retirando um fluxo de água de lastro a bordo da embarcação. O fluxo de água de lastro pode então ser filtrado. Uma porção do fluxo de água de lastro filtrada é retirada pela tubulação de fluxo lateral para formar um fluxo de tratamento. Este fluxo de tratamento é transportado para as células eletrolíticas de hipoclorito onde uma corrente é aplicada às células para produzir hipoclorito dentro do fluxo de tratamento. Hidrogênio, que é inflamável, está separado do fluxo de tratamento antes do fluxo de tratamento ser reintroduzido no fluxo de água de lastro principal. O fluxo de água de lastro que contém o hipoclorito é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido no fluxo de água de lastro para determinar a concentração de cloro do fluxo de água de lastro. [063] Em um aspecto do método desta invenção, o fluxo de tratamento é removido do fluxo de água de lastro antes do fluxo entrar no tanque de água de lastro. Altemativamente, o fluxo de tratamento é tirado para fora dos tanques de água de lastro. O fluxo de tratamento é então tratado com hipoclorito e reintroduzido no fluxo de água de lastro antes do fluxo entrar no tanque de água de lastro. As células eletrolíticas de hipoclorito usam água salgada natural quando os tanques de água de lastro tomam água do mar, para gerar hipoclorito no fluxo de tratamento. Altemativamente, se água fresca for usada como água de lastro, um sal de cloreto de sódio pode ser acrescentado à água fresca para prover o íon cloreto. [064] Em uma incorporação alternativa do método, a pressão do fluxo de tratamento, que cai conforme o fluxo entra na tubulação lateral de fluxo, é aumentada com uma bomba. Em outra incorporação do método, o fluxo de água de lastro é filtrado antes de entrar no fluxo de tratamento. Pode ser separado hidrogênio do fluxo de tratamento por um separador hidrociclônico e pode ser ventilado para a atmosfera. [065] O fluxo de água de lastro é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido na água de lastro para determinar a concentração de cloro do fluxo de água de lastro. A concentração de cloro do fluxo de água de lastro é medida por um analisador de cloro. A corrente nas células eletrolíticas de hipoclorito é ajustada em resposta à concentração de cloro medida para aumentar ou diminuir o hipoclorito gerado no fluxo de tratamento para alcançar a própria concentração de hipoclorito no tanque de água de lastro. [066] Em um aspecto deste método, cloro residual no fluxo de água de lastro é neutralizado à jusante com sulfito das células eletrolíticas antes da água de lastro tratada ser descarregada em um porto novo. Altemativamente, cloro residual é tomado inócuo misturando a água de lastro com água contendo BOD antes de liberar a mistura ao mar. O BOD que contém água pode incluir água do mar. Em outro aspecto do método, a água contendo BOD está misturada com a água de lastro por um ejetor. Em uma incorporação alternativa, a água de lastro e água contendo BOD é misturada bombeando BOD que contém água no tanque de lastro. [067] Em um método alternativo desta invenção, água de lastro é tratada puxando um fluxo de água de lastro para uma embarcação marinha, filtrando o fluxo de água de lastro, e removendo uma porção do fluxo de água de lastro filtrado para formar um fluxo de tratamento. A pressão do fluxo de tratamento é aumentada. O fluxo de tratamento é transportado então a células eletrolíticas de hipoclorito onde uma corrente é aplicada às células para produzir hipoclorito dentro do fluxo de tratamento. Hidrogênio está separado do fluxo de tratamento por meios de ventilação. O fluxo de tratamento é reintroduzido no fluxo de água de lastro. O fluxo de água de lastro é amostrado depois que o fluxo de tratamento for reintroduzido para determinar a concentração de cloro do fluxo de água de lastro. A corrente numa ou mais células eletrolíticas de hipoclorito são ajustadas em resposta à concentração medida para aumentar ou diminuir o hipoclorito gerado no fluxo de tratamento. O fluxo de água de lastro tratado é transportado então aos tanques de lastro. Finalmente, antes da descarga, cloro residual é neutralizado a jusante no fluxo de água de lastro de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito com sulfito. [068] Em uma incorporação do método, hidrogênio está separado do fluxo de tratamento e ventilado para a atmosfera por um separador hidrociclônico. Meios alternativos para ventilar hidrogênio podem compreender ventilar os tanques de água de lastro para a atmosfera. [069] Em outra incorporação do método, a etapa de neutralizar cloro residual compreende transportar o fluxo de água de lastro a um sistema auxiliar de sulfito. O sistema auxiliar de sulfito é posicionado a jusante dos tanques de água de lastro. [070] Altemativamente, cloro residual na água de lastro tratada é neutralizado a jusante por exemplo no fluxo de água de lastro de uma ou mais células eletrolíticas de hipoclorito com meios por exemplo, um ejetor para misturar a água de lastro com água contendo BOD. A água contendo BOD pode ser água do mar ou qualquer água que contenha organismos vivos. Em uma incorporação alternativa do método, incluem os meios para misturar a água de lastro com água contendo BOD compreende um sistema de bomba adaptado para transportar a água contendo BOD a um ponto de mistura adjacente ao tanque de lastro.
EXEMPLOS DE TESTE
Exemplo 1 - Hipoclorito de sódio Mesocosmo setembro de 2004 [071] O primeiro teste do hipoclorito de sódio no sistema de tratamento gerador/filtração foi iniciado no dia 3 de setembro de 2004. A experiência incluiu um tratamento de cloro sem filtração e um tratamento de cloro com filtração. O nível de cloração objetivado era 4 mg/L. Níveis iniciais de cloro para o tratamento filtrado eram 3,5 mg/L e 2,95 mg/L sem filtração. Havia 4 mesocosmos (tanques) para tratamento e 4 mesocosmos de controle. Os mesocosmos foram analisados por Oxidante Residual Total (CI2 mg/L), bactéria heterotrófica culturavel, clorofila, e zooplancton a 5, 24, 48, 120, e 240 horas seguindo o tratamento.
Procedimento Oxidante Residual total [072] Oxidante Residual total (TRO) foi medido com CI2 utilizando um espectrofotômetro Hach e Colorímetro Hach. DPD suporte em pó foram usados para a análise. Medidas TRO foram feitas após o preenchimento inicial e por todo o tempo listado acima. O tanque de 1500 galões de água do mar natural foi testado para níveis de bactéria antes do começo da experiência. Amostras de água tomadas nos 5 pontos de tempo também foram testadas para níveis de bactéria.
Culturas de Bactérias [073] Colônias de bactérias foram cultivadas, a partir de volumes conhecidos de água para calcular Unidades de Colônia Formadas (CFU) por litro de água. Colônias foram cultivadas em placas de petri contendo um meio de crescimento servido para bactérias heterotróficas marinhas. O meio inoculado foi analisado para formação de colônia depois de alguns dias de incubação na temperatura ambiente.
Clorofila a [074] Também foram tomadas amostras de água para análise de clorofila a. Clorofila a é um indicador para a presença de fitoplancton vivo. Um volume conhecido de amostra de água de lastro foi filtrado através de filtro de fibra de vidro com um tamanho de poro pequeno o bastante para reter células de fitoplancton. Os filtros foram congelados para análise posterior em um laboratório de Seattle. Clorofila a foi extraída dos filtros usando-se acetona e então analisada por fluorescência para determinar a concentração em pg/L.
Mesozooplancton [075] Foram coletados Mesozooplanctons na Mystery Bay, usando uma rede com malha de 110pm e 1 metro de diâmetro na manhã do teste. Foi coletado o bastante para alcançar aproximadamente 150 mesozooplanctons por litro. Uma pipeta Stempel foi utilizada três vezes para coletar uma amostra randomizada de 5 ml de “sopa” de mesozooplankton. As densidades, contadas, usando uma extensão dissecante, foi usada para calcular quanto da “sopa” foi preciso para que o tanque de 1500-galões alcançasse 150 mesozooplanctons por litro. A quantia calculada de sopa foi vertida no tanque e permitida a acomodar-se por pelo menos uma hora para deixar o zooplancton se aclimatar. Três amostras preliminares foram coletadas do tanque de 1500 galões depois da mistura. Estes foram usados para conferir o cálculo e ver os efeitos das bombas. Períodos de amostras para mesozooplanctons foram 5, 24, 48, 120, e 240 horas. Amostras foram coletadas fora do mesocosmos de 72-galões usando uma garrafa de 1 litro de Nalgene depois de misturar os conteúdos do mesocosmo completamente. A amostra do litro foi filtrada numa peneira de 73pm e colocada numa bandeja de contagem. O mesozooplancton contado foi colocado em uma das oito categorias genéricas e por estado; viva, morta (absolutamente nenhuma resposta ao toque) ou moribundo (movimento interno e nenhuma resposta ao toque de agulha).
Resultados para Exemplo 1 [076] Os níveis de Oxidante Residual Total (TRO) declinaram continuamente durante a duração da experiência. (Figura 3). TRO nos tanques de teste não filtrados caíram mais do que os tanques de teste filtrados nas primeiras 5 horas e então o TRO dissipou-se igualmente para os pontos de tempo restantes. [077] As bactérias estavam muito reduzidas em ambos os tratamentos e mostraram repercussão mínima durante os 10 dias da experiência. Havia uma repercussão leve de bactérias no tratamento sem filtração. [078] A clorofila a é um indicador de fitoplancton. Na água do mar tratada, os níveis de Clorofila a estavam em, ou abaixo do início do limite de detecção que começa com o ponto de tempo de 5-horas e continuou em queda para ambos os tratamentos [079] Nos tanques de controle, os níveis de clorofila a declinaram durante a duração da experiência, provavelmente devido à ausência de luz uma vez que todos os mesocosmos estavam cobertos. [080] Depois da primeira tentativa de tratamento foi concluído que nenhuma diferença estatística pode ser encontrada entre os dois tratamentos, em todos os pontos de tempo e estados. A diferença entre o controle e tratamentos foram altamente significantes. Alguns mesozooplanctons ainda puderam passar pelo filtro de 50pm, todos estavam mortos com exceção de 2 organismos.
Exemplo 2 - Hipoclorito de Sódio Mesocosmo Outubro de 2004 [081] O segundo teste do hipoclorito de sódio para o sistema de tratamento de geração/filtração foi iniciado no dia 12 de outubro de 2004. Foram executadas duas experiências. A primeira experiência comparou dois tratamentos, filtração/cloração (~1.0 mg C12/L) contra filtração somente. A segunda experiência comparou uma dose de cloração de 1.0 mg C12/L com uma dose de 1,6 mg C12/L. Cada experiência incluiu 4 mesocosmos por tratamento e 4 tanques de controle. Os mesocosmos foram analisados para Oxidante Residual Total (TRO) (mg C12/L), bactérias heterotróficas de cultura, clorofila a, e zooplacton a 5, 24, 48, e 240 horas seguindo o tratamento. Fitoplancton de Cultura foi enumerado na primeira experiência. Também foram coletadas amostras há 5 horas para nutrientes e análise de carbono total orgânico (TOC). A temperatura no mesocosmos flutuou entre 12,0°C e 14,0°C.
Procedimento [ 082 ] O procedimento para o exemplo 2 foi semelhante ao procedimento usado no Exemplo 1 com exceção da técnica de fitoplancton. Número de técnica mais provável de Fitoplancton [083] Durante a primeira experiência de outubro nós testamos o uso da técnica do Número mais Provável (MPN), uma diluição baseada no método da cultura, para enumerar células de fitoplancton viáveis depois do tratamento. Foram coletadas amostras de Fitoplancton de cada tratamento (controle, filtrada, e filtrada e clorada) a quatro pontos de tempo (5, 24, 48, e 240 horas). Cada amostra foi filtrada sobre um filtro de fibra de vidro, e este filtro (contendo celas de fitoplancton) foi usado para inocular meio de crescimento de fitoplancton (f/2) em cima de séries de diluição. As inoculações foram transferidas então a incubadoras ajustadas para otimizar crescimento (12:12 ciclos de luz-escuro, 130°C). O padrão de crescimento em cima da série de diluição permite um cálculo do MPN, uma estimativa do número de células de fitoplancton viáveis por L. Usando esta técnica nós podemos determinar a efetividade de um tratamento particular para reduzir o número de fitoplancton viável pela comparação do controle e tratamento estimados de abundância.
Resultados [084 ] Resíduo Total Oxidante - a meta da filtração com tratamento de cloração era dosar um nível inicial de TRO entre 0,5 e 1,0 mg CI2/L. A dose atual alcançada tinha uma média de TRO de 1,11 mg CI2/L no enchimento inicial do mesocosmos (Figura 4). Este TRO declinou 54% nas primeiras 5 horas para um TRO de 0,51 mg CI2/L. A degradação de TRO reduziu a velocidade com o tempo e desapareceu completamente em 240 horas. TRO para cloração só-tratamentos da segunda experiência mostraram uma curva de degradação semelhante. A meta da cloração só-tratamentos eram para dosar com um TRO inicial de 1,0 e 1,5 mg CI2/L. As médias de doses atuais foram 0,94 mg CI2/L e 1,61 mg CI2/L TRO. Redução percentual mais alta de TRO aconteceu com a mais baixa dose de TRO. [085] Bactérias Cultiváveis estavam inicialmente reduzidas em todos os 3 tratamentos clorados há 5 horas. Embora ligeiramente suprimidas, bactérias nos tratamentos clorados repercutiram a níveis mais altos que os controles de 240 horas. Os tratamentos de somente filtração mostrou redução desprezível em bactérias há 5 horas com níveis iguais para o tratamento de controle nos tratamentos subseqüentes. [086] Cloro Mesozooplancton mais filtração tiveram um efeito imediato no zooplancton, alcançando uma mortalidade de 95% a 5 horas e mortalidade completa a 24 horas. Em 48 horas os resultados de tratamento de cloro alto eram semelhantes à filtração com tratamento de cloração. A 5 horas a filtração com tratamento de cloro não teve nenhum organismo vivo por L, havia só 1-2 organismos moribundos por L neste momento. O percentual de mortes dos dois controles foram similares com exceção da amostra de 48 horas. [087] Clorofila a é um indicador da biomassa de fitoplancton. A filtração com tratamento de cloração mostrou a maior redução inicial em clorofila a comparado com o tratamento de somente cloração. Em 5 horas os níveis de clorofila a estavam reduzidos em 98% para a filtração com tratamento de cloração quando comparados com ao tratamento de controle. O tratamento de somente filtração mostrou leve redução quando comparado com o tratamento de controle. Nos tanques de controle, clorofila a declinou durante a duração da experiência, provavelmente devido à ausência de luz uma vez que todos o mesocosmos estavam cobertos. [088] A técnica da cultura de fitoplancton (MPN) mostra que o número de células de fitoplancton viáveis estava muito reduzido pela filtração quando comparada ao controle. Algumas das inoculações mostraram crescimento positivo em cima da série inteira de diluições, permitindo assim calcular só o MPN como maior que ou igual para resultado. Ao que parece aquela filtração remove até 50% dos fitoplanctons viáveis do mesocosmos. A redução de fitoplancton viável era mais dramática quando a água foi tratada com o sistema combinado de filtração e cloração. Números de fitoplanctons viáveis foram reduzidos em 99% por este tratamento comparado ao controle. [089] Embora a presente invenção e suas vantagens tenham sido descritas em detalhes, deve ser entendido que podem ser feitas várias mudanças, substituições e alterações nesta sem alterar o espírito e extensão da invenção tal como definido pelas reivindicações apensas.