BRPI0715944B1 - Câmara de tratamento ultrassônico, sistema de tratamento ultrassônico e processo para remover compostos de um efluente aquoso - Google Patents

Description

(54) Título: CÂMARA DE TRATAMENTO ULTRASSÔNICO, SISTEMA DE TRATAMENTO ULTRASSÔNICO E PROCESSO PARA REMOVER COMPOSTOS DE UM EFLUENTE AQUOSO (51) Int.CI.: C02F 1/36; B01J 20/34; C02F 1/28 (30) Prioridade Unionista: 08/09/2006 US 11/530,183 (73) Titular(es): KIMBERLY-CLARK WORLDWIDE, INC.

(72) Inventor(es): ROBERT ALLEN JANSSEN; EARL C. MCCRAW; KIMBERLEE FAY THOMPSON; JOHN GAVIN MACDONALD; THOMAS DAVID EHLERT; PATRICK SEAN MCNICHOLS; PAUL WARREN RASMUSSEN; STEVE ROFFERS; JOHN GLEN AHLES (85) Data do Início da Fase Nacional: 20/02/2009 “CÂMARA DE TRATAMENTO ULTRASSÔNICO, SISTEMA DE TRATAMENTO ULTRASSÔNICO E PROCESSO PARA REMOVER COMPOSTOS DE UM EFLUENTE AQUOSO”

Fundamentos da Invenção

A presente invenção geralmente se refere a sistemas de tratamento ultrassônico 5 para separação de compostos em uma solução aquosa. Mais particularmente, a presente invenção se refere a sistemas de tratamento ultrassônico que usam a energia ultrassônica para fornecer a remoção eficiente e eficaz de compostos de efluentes aquosos, tais como efluentes têxteis.

Em quase todo o tingimento de tecido e processos de impressão, alguma fração do 10 corante aplicado não se ligará ao substrato. Esses corantes e reagentes não ligados são tipicamente retirados por um processo de enxágue com água, gerando grandes quantidades de efluente têxtil que deve ser descartado de um modo ambientalmente aceitável.

As tentativas anteriores descartavam o efluente têxtil passando o efluente por uma resina de troca iônica ou de carbono ativado. Durante essas reações, tais materiais ou resi15 nas adsorvem lentamente os corantes e outros componentes solúveis no efluente têxtil e necessitam que grandes volumes do adsorvente para um desempenho eficiente.

Outras tentativas utilizaram reatores químicos contínuos, tais como um reator de fluxo pistonado contendo pérolas ou partículas adsorventes possuindo funcionalidades de superfície específicas, pelas quais os corantes e os reagentes encontrados nos efluentes têxteis são adsorvidos. Especificamente, as pérolas ou as partículas são empacotadas em uma coluna no reator de fluxo pistonado e uma solução aquosa do efluente têxtil é bombeada pela coluna, expondo assim a superfície das pérolas ou das partículas para permitir que a adsorção dos corantes e dos reagentes no efluente possa ocorrer. Essas porções podem ser adsorvidas sobre a superfície e dentro dos poros das pérolas ou das partículas.

Um problema com o processamento do efluente têxtil por uma coluna, tal como aquela de um reator de fluxo pistonado convencional, é que muitos dos compostos a serem adsorvidos (por exemplo, corantes e reagentes) devem passar por uma camada limite hidrodinâmica que rodeia a pérola ou partícula. Essa camada limite é uma fonte de resistência para os compostos, que prolonga o processo de adsorção e aumenta o tempo e o custo da remoção de corantes e reagentes não ligados dos efluentes têxteis.

Uma tentativa anterior de reduzir o tempo de adsorção necessário para remover os compostos de efluentes têxteis foi pelo aumento da taxa de fluxo da corrente de processamento no reator de fluxo pistonado. Isto reduz a espessura da camada limite hidrodinâmica, o que melhora a taxa na qual pode ocorrer o transporte de compostos para a superfície das pérolas e partículas. Esta solução, entretanto, resulta em um menor tempo de residência no reator de fluxo pistonado para que o processo de adsorção possa ocorrer. Adicionalmente, existe o aumento da queda de pressão ao longo do reator, e desse modo, são necessárias

Petição 870170094306, de 04/12/2017, pág. 11/37 maiores geometrias do reator de fluxo pistonado e do equipamento de processamento.

A base de precedente, há uma necessidade na técnica de um sistema de tratamento ultrassônico, tal como um reator de fluxo pistonado, que impessa a formação de uma espessa camada limite hidrodinâmica, e assim, permita a remoção mais rápida mais eficiente de compostos, tais como corantes e reagentes de efluentes aquosos.

Sumário da Invenção

A presente invenção está direcionada a novos sistemas de tratamento ultrassônico possuindo a capacidade melhorada de remover compostos, tais como corantes e reagentes, de efluentes aquosos. Os sistemas de tratamento ultrassônico podem ser usados de remover compostos de vários efluentes aquosos tais como, por exemplo, efluentes têxteis, bebidas, e cursos de água.

Adicionalmente, os sistemas de tratamento ultrassônico têm uma camada limite hidrodinâmica mais fina em comparação com reatores convencionais de fluxo pistonado. Geralmente, os sistemas de tratamento ultrassônico compreendem uma câmara de tratamento ultrassônico compreendendo uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída, uma coluna empacotada com um adsorvente, e uma estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica. Em uma modalidade, a estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica é uma estrutura demontagem em forma de chifre compreendendo um dispositivo em forma de chifre. A estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica é montada inteiramente dentro da câmara de tratamento ultrassônico do sistema de tratamento ultrassônico.

Como tal, a presente invenção está direcionada a um sistema de tratamento ultrassônico de remover compostos de um efluente aquoso. O sistema de tratamento ultrassônico compreende uma câmara de tratamento ultrassônico, compreendendo uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída, uma coluna empacotada com um adsorvente, e uma estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica.

A presente invenção também está direcionada a um processo de remover compostos de um efluente aquoso. O processo compreende: o empacotamento de uma coluna de uma câmara de tratamento ultrassônico de um sistema de tratamento ultrassônico com um adsorvente; energizar o adsorvente na coluna com energia ultrassônica; introduzir um efluente aquoso por uma extremidade de entrada da câmara de tratamento ultrassônico do sistema de tratamento ultrassônico; e contatar o efluente aquoso com o adsorvente energizado.

Outras características da presente invenção serão parcialmente evidentes e parcialmente indicadas daqui por diante.

Breve Descrição das Figuras

A FIGURA 1 é uma figura esquemática de uma modalidade de um sistema de tratamento ultrassônico de remover compostos de um efluente aquoso;

A FIGURA 2 é uma vista lateral de uma câmara de tratamento ultrassônico compreendendo uma estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica;

A FIGURA 3 é uma seção transversal longitudinal (por exemplo, vertical) da câmara da FIGURA 2;

A FIGURA 4 é uma vista lateral da câmara de tratamento ultrassônico da FIGURA 2 também compreendendo uma tampa de fluxo tangencial;

A FIGURA 5A é uma vista superior da tampa de fluxo tangencial da FIGURA 4;

A FIGURA 5B é uma vista de fundo da tampa de fluxo tangencial da FIGURA 4. Descrição Detalhada da Modalidade Preferida

A presente invenção está geralmente direcionada a um sistema de tratamento ultrassônico de remover compostos de um efluente aquoso. Especificamente, em uma modalidade, o sistema de tratamento ultrassônico está capacitado de remover corantes e reagentes do efluente têxtil. Em outra modalidade, o sistema de tratamento ultrassônico retira microrganismos e outros contaminantes da água potável.

A FIGURA 1 fornece um sistema de tratamento ultrassônico, geralmente indicado em 200, de remover compostos do efluente aquoso de acordo com a presente invenção. Geralmente, o sistema de tratamento ultrassônico 200 compreende uma câmara de tratamento ultrassônico 10. Especialmente, a câmara de tratamento 10 é adequada para uso em sistemas de tratamento ultrassônico em que a agitação ultrassônica do efluente é desejada, por exemplo, em um processo de fluxo contínuo ligado em série no qual o fluido (por exemplo, um efluente aquoso) flui continuamente pela câmara. É contemplado, entretanto, que a câmara de tratamento pode ser usada em um sistema de tratamento ultrassônico no qual o efluente é tratado de acordo com um processo em batelada em vez de um processamento em fluxo contínuo e permanece dentro dos limites da presente invenção.

Como ilustrado pelas Figuras 1 e 2, a câmara de tratamento ultrassônico 10 é geralmente alongada e é orientada verticalmente (por exemplo, o eixo longitudinal da câmara se estende verticalmente) para definir uma extremidade de entrada 30 (uma extremidade inferior na orientação da modalidade ilustrada) e uma extremidade de saída 38 (uma extremidade superior na orientação da modalidade ilustrada). O sistema 200 é configurado de tal modo que o fluido entre na câmara de tratamento 10 geralmente na extremidade de entrada 30 da mesma, flua geralmente longitudinalmente dentro da câmara 10 (por exemplo, para cima na orientação da modalidade ilustrada) e saia da câmara 10 geralmente pela extremidade de saída 38 da câmara 10.

Os termos “superior” e “inferior” são aqui utilizados de acordo com a orientação ver35 tical da câmara de tratamento ultrassônico ilustrada em vários desenhos e não são destinados a descrever a orientação necessária da câmara durante o uso. Isto é, embora a câmara seja mais adequadamente orientada verticalmente, com a extremidade de saída da câmara acima da extremidade de entrada, tal como ilustrado em vários desenhos, compreende-se que a câmara pode ser orientada com a extremidade de entrada acima da extremidade de saída, ou pode ser orientada de modo diferente de em uma orientação vertical e continuar dentro dos limites da presente invenção. Os termos “axial” e “longitudinal” se referem aqui direcionalmente à direção longitudinal da câmara (por exemplo, de uma extremidade à outra extremidade, tal como a direção vertical nas modalidades ilustradas). Os termos “transversal”, “lateral”, e “radial” se referem aqui a uma direção normal à direção axial (por exemplo, longitudinal). Os termos “interno” e “externo” também são usados em referência a uma direção transversal à direção axial da câmara de tratamento ultrassônico, com o termo “interno” se referindo a uma direção no sentido do interno da câmara (por exemplo, em direção ao eixo longitudinal da câmara) e o termo “externo” se referindo a uma direção no sentido do externo da câmara (por exemplo, longe do eixo longitudinal da câmara).

A extremidade de entrada 30 pode ser produzida usando qualquer material adequado, tal como metal ou plástico, e pode ser conformada em vários formatos. A extremida15 de de entrada 30 da câmara de tratamento ultrassônico 10 está em comunicação fluida com um tanque de armazenamento adequado com agitação, geralmente indicado em 27, que é operável para direcionar o efluente aquoso 60 para a, e mais adequadamente através da, câmara 10.

Com referência agora à FIGURA 2, a câmara de tratamento ultrassônico 10 com20 preende uma coluna alongada geralmente tubular 14 possuindo extremidades longitudinalmente opostas definindo um espaço interno 16 da câmara 10 através da qual o efluente liberado na câmara 10 flui da extremidade de entrada 30 para a extremidade de saída 38 da mesma. A coluna 14 é tipicamente de um determinado comprimento para que os compostos no efluente aquoso e o adsorvente tenham um tempo de residência suficiente para que a adsorção dos compostos substancialmente completa na superfície do adsorvente seja realizada. Por exemplo, em uma modalidade, a coluna 14 é adequadamente de aproximadamente 15,24 cm a aproximadamente 25,4 cm de comprimento. Mais adequadamente, a coluna 14 tem aproximadamente 21,84 cm de comprimento.

A coluna 14 em geral define, pelo menos parcialmente, uma parede lateral da câ30 mara 10. Tal como ilustrado na FIGURA 2, a coluna 14 tem uma porta de entrada 32 formado na mesma pelo qual o efluente aquoso a ser tratado dentro da câmara 10 é liberado no espaço interno 16 da mesma. Na modalidade ilustrada, a coluna 14 também compreende uma bainha de entrada 34 que está conectada a, e é montada em uma extremidade da parede lateral para definir geralmente a extremidade de entrada 30 da câmara 10. Tal como ilustrado na FIGURA 4, a coluna 14 pode compreender adicionalmente uma tampa de fluxo tangencial 96 unida a, e substancialmente fechando a, extremidade longitudinal oposta da parede lateral, e tendo pelo menos uma porta de saída (não mostrada) na mesma, para de5 finir geralmente a extremidade de saída 38 da câmara de tratamento 10. A parede lateral (por exemplo, definida ao longo coluna tubular) da câmara 10 tem uma superfície interno que, em conjunto com a bainha 34 a tampa 96, define o espaço interno 16 da câmara 10. Na modalidade ilustrada, a parede lateral 14 é adequadamente geralmente de seção transver5 sal anular. Entretanto, é contemplado que a seção transversal da parede lateral da câmara 14 possa ser diferente de anular, tal como poligonal ou de outra forma adequada, e permanece dentro dos limites da presente invenção. A parede lateral 14 da câmara ilustrada 10 é adequadamente construída de um material transparente, embora se entenda que qualquer material adequado possa ser usado enquanto o material for compatível com o adsorvente a ser energizado, a pressão na qual a câmara está destinada a funcionar, e outras condições ambientais, tais como a temperatura.

Com particular referência para a FIGURA 2, a bainha 34 definindo a extremidade de entrada 30 da câmara 10 é geralmente anular e tem pelo menos uma, e mais adequadamente diversas portas de entrada (por exemplo, mostradas como 32, 51, e 53, na FIGURA

2) formadas na mesma para receber o fluido no espaço interno 16 da câmara 10. Pelo menos uma porta de entrada está orientada, geralmente de modo tangencial, em relação aa bainha anular 34 para que o efluente flua no espaço interno 16 da câmara 10 geralmente de modo tangencial à mesma para fornecer uma ação de giro ao efluente enquanto o mesmo é introduzido na câmara 10. Mais adequadamente, na modalidade ilustrada, um par de portas de entrada 51 e 53 é arranjado em alinhamento paralelo uma da outra e se estende geralmente de modo tangencial em relação aa bainha anular, com uma porta sendo indicada aqui como a porta de entrada interna 51 e a outra porta sendo indicada a porta de entrada externa 53.

Uma estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica 20 se estende longitudinal25 mente dentro do espaço interno 16 da câmara 10 para ultrassonicamente energizar o adsorvente 100 localizado dentro do espaço interno 16 da câmara 10, tal como descrito abaixo. Especialmente, a estrutura de suporte do guia de onda 20 da modalidade ilustrada se estende longitudinalmente da extremidade inferior ou extremidade de entrada 30 da câmara 10 no espaço interno 16 da mesma para uma extremidade terminal da montagem do guia de onda. Mais adequadamente, a estrutura de suporte do guia de onda 20 é unida, diretamente ou indiretamente, à coluna 14 da câmara, tal como será descrito aqui posteriormente.

A estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica 20 adequadamente compreende uma montagem em forma de chifre alongado, geralmente indicada em 22, disposta inteiramente dentro do espaço interno 16 da coluna, por exemplo, para uma submersão comple35 ta dentro do efluente que é tratado dentro da câmara 10, e mais adequadamente está disposta coaxialmente em relação à parede lateral da câmara 14. A montagem em forma de chifre 22 tem uma superfície externa que em conjunto com a superfície interno da parede lateral 14 define o caminho de fluxo dentro do espaço interno 16 da câmara 10 ao longo da qual o efluente e os compostos a serem retirados fluem para longe da montagem em forma de chifre 22 dentro da câmara 10 (esta parte do caminho do fluxo é amplamente mencionada aqui como sendo a zona de tratamento ultrassônico). A montagem em forma de chifre 22 tem uma extremidade superior definindo uma extremidade terminal da montagem em forma de chifre 22 (e desse modo a extremidade terminal da estrutura de suporte do guia de onda) e longitudinalmente oposta à extremidade inferior. A estrutura de suporte do guia de onda 20 da modalidade ilustrada também compreende um amplificador de voltagem 24 coaxialmente alinhado com, e conectado na extremidade superior da mesma, na extremidade inferior da montagem em forma de chifre 22. Compreende-se, entretanto, que a estrutura de suporte do guia de onda 20 pode compreender somente a montagem em forma de chifre 22 e permanecer dentro dos limites da presente invenção. Também é contemplado que o amplificador de voltagem 24 pode estar disposto inteiramente no externo da coluna 14 da câmara, com a montagem em forma de chifre 22 conectada diretamente à coluna 14 da câmara sem fugir do alcance da presente invenção.

A estrutura de suporte do guia de onda 20, e mais particularmente o amplificador de voltagem 24, é adequadamente unida à coluna 14 da câmara, por exemplo, à coluna tubular definindo a parede lateral da câmara, na extremidade superior da mesma por uma estrutura de suporte móvel 79 (representado na FIGURA 3) que é configurada para estar vibratoria20 mente isolada da estrutura de suporte do guia de onda 20 da coluna 14 da câmara de tratamento ultrassônico. Isto é, a estrutura de suporte móvel 79 inibe a transferência das vibrações mecânicas longitudinais e transversais (por exemplo, radial) da estrutura de suporte do guia de onda 20 para a coluna 14 da câmara mantendo a posição transversal desejada do eixo da estrutura de suporte do guia de onda 20 (e especialmente a montagem em forma de chifre 22) dentro do espaço interno 16 da coluna 14 da câmara e permitindo tanto o deslocamento longitudinal como o radial da montagem em forma de chifre 22 dentro da coluna 14 da câmara.

Como um exemplo, a estrutura de suporte móvel 79 da modalidade ilustrada geralmente compreende um segmento externo anular 189 se estendendo transversalmente au30 mento transversal à estrutura de suporte do guia de onda 20 em uma relação transversalmente espaçada com a mesma, e uma estrutura de flange 191 interconectando o segmento externo 189 à estrutura de suporte do guia de onda 20. Enquanto a estrutura de flange 191 e o segmento externo transversal que 189 da estrutura de suporte móvel 79 se estendem continuamente sobre a circunferência da estrutura de suporte do guia de onda 20, se com35 preende que um ou mais desses elementos podem ser descontínuos em relação à estrutura de suporte do guia de onda 20 tal como o raio de uma roda, sem fugir do alcance da presente invenção. O segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79 é particularmente configurado para estar assentado sobre uma estrutura em formato de ombro através da bainha de entrada 34.

Como melhor visto na FIGURA 3, a dimensão seção transversal interna (por exemplo, o diâmetro interno) da bainha 34 é espaçada para fora conforme a bainha 34 se estenda longitudinalmente para baixo se afastando da parede lateral da câmara 14 para alojar a estrutura de flange 191. Em uma modalidade particularmente adequada, a bainha 34 é suficientemente ajustada para ser transversalmente espaçada da estrutura de flange 191 para definir uma fenda geralmente anular entre as mesmas através da qual o líquido liberado na câmara 10 via as portas de entrada da bainha 34 é introduzido no espaço interno 16 da câ10 mara 10. Esta fenda anular também facilita a ação de giro do efluente em relação à entrada na câmara via as portas de entrada da bainha.

A estrutura de suporte móvel 79 é adequadamente ajustada perpendicularmente à seção transversal para que pelo menos uma margem da borda externa do segmento externo 189, e mais adequadamente uma porção transversal substancial do segmento externo este15 ja assentada sobre o ombro formado sobre a bainha 34. Um sistema de fixação adequado, tal como um arranjo com parafusos e porcas (não mostrados) fixa o segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79 ao ombro formado pela bainha 34 para desse modo se conectar ao amplificador de voltagem 24 (e mais amplamente se unir à estrutura de suporte do guia de onda 20) na coluna 14 da câmara.

A estrutura de flange 191 pode ser adequadamente construída relativamente mais fina do que o segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79 para facilitar dobrar e/ou curvar-se da estrutura de flange 191 em resposta à vibração ultrassônica da estrutura de suporte do guia de onda 20. Como um exemplo, em uma modalidade a espessura da estrutura de flange 191 pode variar de aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 5 mm, e mais adequadamente de aproximadamente 2,5 mm. A estrutura de flange 191 da estrutura de montagem ilustrada 79 adequadamente tem um componente transversal interno conectado à estrutura de suporte do guia de onda 20 e se estendendo geralmente transversalmente para fora da mesma, mas para dentro do segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79, e um componente axial, ou longitudinal interligando o componente interno transversal com o segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79 e em conjunto com o componente interno transversal geralmente formando uma seção transversal geralmente em forma de L da estrutura de flange 191. É contemplado, entretanto, que a estrutura de flange pode ter em vez disso uma seção transversal geralmente em forma de U ou outra forma de seção transversal adequada, tal como uma de H, forma de I, forma de U invertido, e assim por diante, e ainda permanecer dentro dos limites da presente invenção. Exemplos adicionais de configurações adequadas das estruturas de montagem são ilustrados e descritos na Patente Americana N° US 6.676.003, a divulgação integral da mesma sendo aqui incorporada pela referência até o ponto em que esteja consistente com a mesma.

O componente longitudinal da estrutura ilustrada da flange 191 é adequadamente suportado por colunas no segmento externo transversal 189 e ao componente interno transversal do flange, enquanto o componente interno do flange é suportado por colunas na es5 trutura de suporte do guia de onda 20. Conseqüentemente, a estrutura de flange 191 é capaz de curvar-se dinamicamente e/ou dobrar em relação ao segmento externo 189 da estrutura de suporte móvel 79 em resposta ao deslocamento vibratório transversal do segmento interno 187 da estrutura de suporte móvel 189 para isolar desse modo a coluna 14 da câmara de deslocamento transversal e radial da estrutura de suporte do guia de onda 20.

Embora na modalidade ilustrada o segmento externo transversal 189 da estrutura de suporte móvel 79 e o componente interno transversal da estrutura de flange 191 estejam dispostos geralmente em posições longitudinalmente de compensação em relação umas as outras, compreende-se que eles podem estar dispostos geralmente na mesma posição (por exemplo, onde a estrutura de flange geralmente tem uma seção transversal na forma de U) ou em posições diferentes das ilustradas na FIGURA 3) sem fugir do alcance da presente invenção.

Em uma modalidade particularmente adequada a estrutura de suporte móvel 79 é construída em uma peça única. Ainda mais adequadamente a estrutura de suporte móvel 79 pode ser formada integralmente com o amplificador de voltagem 24 (e mais amplamente com a montagem do guia de onda) tal como ilustrado na FIGURA 3. Entretanto, compreende-se que a estrutura de suporte móvel 79 possa ser construída separada da estrutura de suporte do guia de onda 20 e permanecer dentro dos limites da presente invenção. Também se compreende que um ou mais componentes da estrutura de suporte móvel 79 podem ser separadamente construídos e adequadamente conectados ou de outra maneira reconecta25 dos em conjunto.

Em uma modalidade adequada a estrutura de suporte móvel 79 é também construída para ser geralmente rígida (por exemplo, resistente à o deslocamento estático sob carga) para manter a estrutura de suporte do guia de onda 20 no alinhamento próprio dentro do espaço interno 16 da câmara 10. Por exemplo, a estrutura de montagem rígida em uma mo30 dalidade pode ser construída de um material não elastomérico, mais adequadamente um metal, e mesmo mais adequadamente o mesmo metal de que o amplificador de voltagem (e mais amplamente a estrutura de suporte do guia de onda) é construído. O termo rígido não é, entretanto, destinado a significar que a estrutura de suporte móvel seja incapaz de flexão dinâmica e/ou de dobragem em resposta à vibração ultrassônica do guia de onda. Em ou35 tras modalidades, a estrutura de montagem rígida pode ser construída de um material elastomérico que é suficientemente resistente ao deslocamento estático sob carga, mas é por outro lado capaz de flexão dinâmica e/ou dobragem em resposta à vibração ultrassônica da estrutura de suporte do guia de onda. Enquanto a estrutura de suporte móvel 79 ilustrado na FIGURA 3 é construída de um metal, e mais adequadamente construída do mesmo material que o amplificador de voltagem, é contemplado que a estrutura de suporte móvel possa ser construída de outros materiais geralmente rígidos adequados sem fugir do alcance da presente invenção.

Um sistema de direcionamento ultrassônico adequado inclui pelo menos um excitador 26 e uma fonte de força 28 é colocada na parte externa da câmara 10 e conectada ao amplificador de voltagem 24 (e mais amplamente à estrutura de suporte do guia de onda 20) para energizar a estrutura de suporte do guia de onda 20 para vibrar mecanicamente ultrassonicamente. Os exemplos de sistemas de direcionamento ultrassônico adequados incluem um sistema do Modelo 20A3000 disponível pela Dukane Ultrasonics de St. Charles, Illinois, e um sistema Modelo 2000CS disponível pela Herrmann Ultrasonics de Schaumberg, Illinois.

Em uma modalidade, o sistema de direcionamento é capaz de operar a estrutura de suporte do guia de onda em uma freqüência variando de aproximadamente 15 kHz a aproximadamente 100 kHz, mais adequadamente variando de aproximadamente 15 kHz a aproximadamente 60 kHz, ainda mais adequadamente variando de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 40 kHz, e bem mais adequadamente em uma freqüência de aproximadamente 20 kHz. Tais sistemas de direcionamento ultrassônico são bem conhecidas dos versados na técnica e não necessitam ser também aqui descritos.

Com particular referência à FIGURA 2, a montagem em forma de chifre 22 compreende uma estrutura alongada geralmente cilíndrica em forma de chifre possuindo uma superfície externa, e duas ou mais estruturas de agitação conectadas à estrutura em forma de chifre e se estende pelo menos parcialmente transversalmente para fora da superfície externa da estrutura em forma de chifre na relação longitudinalmente espaçada uma da outra. Na modalidade ilustrada, as estruturas de agitação compreendem uma série de seis anéis de forma de arruela 40, 42, 44, 46, 48, e 50 que cercam a estrutura em forma de chifre na relação longitudinalmente espaçada uma da outra e radialmente para fora da superfície externa da estrutura em forma de chifre. Compreende-se, entretanto, que as estruturas de agitação não necessitam ser cada uma contínua sobre a circunferência da estrutura em forma de chifre. Por exemplo, as estruturas de agitação podem tomar adequadamente em vez disso a forma de raios, barbatanas ou outras formas estruturais discretas que se estendem transversalmente na direção da superfície externa da estrutura em forma de chifre.

Como um exemplo do espaçamento relativo entre os anéis, a estrutura em forma de chifre adequadamente tem um comprimento de aproximadamente 133,4 mm (5,25 polegadas). Um dos anéis é disposto de modo adjacente à extremidade terminal da estrutura em forma de chifre (e assim, da estrutura de suporte do guia de onda), e mais adequadamente é longitudinalmente espaçadas de aproximadamente 1,6 mm (0,063 polegada) a partir da extremidade terminal da estrutura em forma de chifre. Os anéis são cada um de aproximadamente 3.2 mm (0,125 polegada) de largura e são longitudinalmente espaçados um de outro (entre o revestimento das superfícies dos anéis) por uma distância de aproximadamente 22,2 mm (0,875 polegada).

Compreende-se que o número de estruturas de agitação (por exemplo, os anéis na modalidade ilustrada) pode ser menor do que ou maior do que seis sem fugir do alcance da presente invenção. Também se compreende que o espaçamento longitudinal entre as estruturas de agitação pode ser diferente do ilustrado na FIGURA 2 e descrito acima (por exemplo, ou mais fechados ou mais espaçados). Embora os anéis ilustrados na FIGURA 2 estejam igualmente longitudinalmente espaçados um de outro, é alternativamente contemplado que onde mais de duas estruturas de agitação estão presentes o espaçamento entre as estruturas de agitação longitudinalmente consecutivas não tem de ser uniforme para permanecer dentro dos limites da presente invenção.

Especialmente, as posições das estruturas de agitação são pelo menos parcialmente uma função do deslocamento desejado das estruturas de agitação em relação à vibração da estrutura em forma de chifre. Por exemplo, na modalidade ilustrada a estrutura em forma de chifre tem uma região nodal 52 localizada geralmente longitudinalmente em posição central à estrutura em forma de chifre (por exemplo, entre os terceiros e quartos anéis). Tal como aqui utilizado, “a região nodal” da estrutura em forma de chifre, e se refere a uma região longitudinal ou a um segmento da estrutura em forma de chifre ao longo da qual pouco (ou nenhum) deslocamento longitudinal ocorre durante a vibração ultrassônica da estrutura em forma de chifre e o deslocamento transversal (por exemplo, radial na modalidade ilustrada) da estrutura em forma de chifre, é geralmente maximizado. O deslocamento transversal da estrutura em forma de chifre adequadamente compreende a expansão transversal da estrutura em forma de chifre mas também pode incluir o movimento transversal (por exemplo, a curvatura) da estrutura em forma de chifre.

Na modalidade ilustrada, a configuração da estrutura em forma de chifre é de tal modo que a região nodal 52 é particularmente definida por um plano nodal (isto é, um plano transversal à estrutura em forma de chifre no qual nenhum deslocamento longitudinal ocorre enquanto que o deslocamento transversal é geralmente maximizado). Este plano também é às vezes tratado como um ponto nodal.

Conseqüentemente, as estruturas de agitação 40 e 50 (por exemplo, na modalidade ilustrada, anéis) que são dispostas mais distalmente da região nodal da estrutura em forma de chifre experimentará o deslocamento principalmente axial (por exemplo, longitudinal) das estruturas de agitação 46 e 48 que estão mais próximos da região nodal, 52 experimentará uma quantidade aumentada do deslocamento transversal e uma quantidade reduzida do deslocamento axial em relação às estruturas de agitação longitudinalmente mais distais. Compreende-se que a estrutura em forma de chifre pode ser configurada para que a região nodal seja diferente de longitudinalmente centralmente localizada na estrutura em forma de chifre sem fugir do alcance da presente invenção.

Ainda se referindo à FIGURA 2, as estruturas de agitação são suficientemente ajustadas na espessura e no comprimento transversal (isto é, a distância que a estrutura de agitação se estende transversalmente para fora da superfície externa da estrutura em forma de chifre) para facilitar a flexão/dobramento dinâmicos das estruturas de agitação em resposta à vibração ultrassônica da estrutura em forma de chifre. Em uma modalidade adequada, uma proporção do comprimento transversal da estrutura de agitação à espessura da estrutura de agitação varia de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 6:1. Como um exemplo, os anéis cada um se estendendo transversalmente para fora da superfície externa do chifre em um comprimento de aproximadamente 12,7 mm (0,5 polegada) e a espessura de cada anel sendo de aproximadamente 3,2 mm (0,125 polegadas), para que a proporção do comprimento transversal em relação à espessura de cada anel seja de aproximadamente 4:1. É entendido, entretanto que a espessura e/ou o comprimento transversal das estruturas de agitação podem ser diferentes de como está descrito acima sem fugir do alcance da presente invenção. Também, embora os anéis da modalidade ilustrada cada um tenha os mesmos comprimento transversal e espessura, compreende-se que as estruturas de agitação podem ter espessuras e/ou comprimentos transversais diferentes.

O comprimento transversal da estrutura de agitação também pelo menos parcialmente define o tamanho (e pelo menos parcialmente a direção) do caminho de fluxo ao longo do qual o efluente no espaço interno 16 da coluna 14 da câmara flui para longe da montagem em forma de chifre 22. Por exemplo, a estrutura em forma de chifre de uma modalidade tem um raio de aproximadamente 22,2 mm (0,875 polegada) e o comprimento transversal de cada anel é, como discutido acima, de aproximadamente 12,7 mm (0,5 polegada). O raio da superfície interna da parede lateral de coluna é de aproximadamente 44,5 mm (1,75 polegadas) para que o espaçamento transversal entre cada anel e a superfície interna da parede lateral da coluna seja de aproximadamente 9,5 mm (0,375 polegada). É contemplado que o espaçamento entre a superfície externa da estrutura em forma de chifre e a superfície interna da parede lateral da coluna da câmara e/ou entre as estruturas de agitação e a superfície interna da parede lateral da coluna da câmara pode ser maior ou menor do que o descrito acima sem fugir do alcance da presente invenção.

Em geral, a estrutura em forma de chifre pode ser construída de um metal possuindo propriedades acústicas e mecânicas adequadas. Os metais adequados incluem o alumínio, o monel, o titânio, o aço inox, e alguns aços de liga. Em uma modalidade preferida, o metal pode ser um material a base de titânio, tal como titânio comercialmente puro, ou liga de titânio (por exemplo, TÍ6AI4V). Também é contemplado que toda ou parte da estrutura em forma de chifre possa estar coberta de outro metal. Em uma modalidade particularmente adequada, as estruturas de agitação são construídas do mesmo material que a estrutura em forma de chifre, e são mais adequadamente formadas integralmente com a estrutura em forma de chifre. Em outras modalidades, uma ou mais das estruturas de agitação podem ser em vez disso formados integralmente com a estrutura em forma de chifre. Em outras modalidades, uma ou mais das estruturas de agitação podem ser em vez disso formadas separadas da estrutura em forma de chifre e ligadas à mesma para formar a montagem em forma de chifre.

Em uma modalidade, uma montagem desarrumada (não mostrada) pode ser colocada dentro do espaço interno da coluna da câmara, e especialmente geralmente transversalmente adjacente à superfície interno da parede lateral em uma relação geralmente transversalmente oposta à montagem em forma de chifre. A montagem desarrumada compreende uma ou mais estruturas dispostas de modo desarrumado adjacente à superfície interna da parede lateral da coluna e se estendendo pelo menos parcialmente transversalmente para dentro da superfície interno da parede lateral em direção à estrutura de suporte do chifre. As estruturas desarrumadas podem facilitar o fluxo do efluente por cima das estruturas de agitação da montagem em forma de chifre. Uma montagem desarrumada é descrita mais completamente no Pedido co-Pendente, Referência N° K-C 64122562 (KCC 5091), que é aqui incorporado pela referência até a extensão em que é consistente com o mesmo.

O sistema de tratamento ultrassônico é capaz de remover compostos de um efluente aquoso usando um adsorvente energizado 100, empacotado no espaço interno 16 da coluna 14 da câmara. Tipicamente, de aproximadamente 10 % (por volume nulo) a aproximadamente 90 % (por volume nulo) da coluna é empacotada com adsorvente. Mais adequadamente, o adsorvente é empacotado na coluna em uma quantidade de aproximadamente 30 % (por volume nulo) a aproximadamente 70 % (por volume nulo).

Vário adsorventes diferente podem ser usados na presente invenção. Em uma modalidade particularmente preferida, o adsorvente é uma alumina. Especificamente, pode ser usado somente o pó da alumina ou partículas ou pérolas contendo alumina, dependendo do uso final desejado do sistema de tratamento ultrassônico. Em uma modalidade, a alumina é um pó de alumina, preferivelmente o pó de óxido de alumínio ativado Brockmann I (também mencionado aqui como alumina ativada).

A alumina ativada é fabricada por calcinações brandas do hidróxido de alumínio (triidrato de alumínio, boehmita), que é um intermediário na produção industrial de alumínio a partir da Bauxita. Especificamente, é precipitado de uma solução de aluminato de sódio. Aquecendo o hidróxido de alumínio assim obtido em temperaturas em torno de 500 °C, aproximadamente 33 % (em peso) a água constitucional é retirado, e a estrutura cristalina da boehmita permanece intacta.

As aluminas são hidrofílicas e possuem elevadas capacidades. Como tal, a alumina ativada poderia capturas adequadamente corantes aniônicos e tensoativos, e quelar com muitos corantes apoiares.

Uma completa variedade de aluminas padronizdas está disponível com atividades definidas, valores de pH, e tamanhos de partículas. A alumina ativada pode ser caracterizada pela sua atividade de Brockmann (por exemplo, graus de atividade de I, II, III, IV, e V), que é medida usando o teste de Schodder e Brockmann divulgado em Brockmann & Schodder, Ber. Dtsh. Chem. Ges., 74B, 73 (1941). Geralmente, o grau de atividade é medido como se segue: um volume padronizado de um par de corantes de teste dissolvidos em um solvente padrão é aplicado a uma coluna padronizada, e depois do desenvolvimento cromatográfico, o grau de atividade é mostrado pela capacidade do teste separar ou não os corantes. Os pares de corante de teste que podem ser usados são: (I) azobenzeno e pmetoxiazobenzeno, (li) p-metoxiazobenzeno e o Amarelo Sudão, (III) o Amarelo Sudão e o Vermelho Sudão, (IV) o Vermelho Sudão e p-aminoazobenzeno, e (V) p-aminoazobenzeno e p-hidroxiazobenzeno. Especificamente, 20 miligramas de cada um dos dois corantes acima dos pares de corantes mencionados são pesados em 50 mililitros de uma mistura solvente contendo uma parte pura de benzeno e quatro partes puras de éter de petróleo (ponto de ebulição de 50 °C a -70 °C) para produzir as soluções corantes de teste. Dez mililitros de cada solução de corante de teste então são aplicados ao topo de uma coluna contendo de 100 a 150 milímetros do adsorvente a ser testado. As colunas são então eliuídas com 20 mililitros de eluente, que é a mesma mistura usada para o solvente acima. Para determinar o grau de atividade, é medida a distância de migração do corante de teste na frente. O grau de atividade então é dado pelo número do par de corantes de teste, além da distância, em milímetros, do topo da coluna até a frente de migração do corante migrado primeiro. Uma alumina ativada possuindo uma atividade I de Brockmann é a mais reativa.

A alumina com atividade I de Brockmann pode ser convertida em graus de atividade mais baixos simplesmente acrescentando água. Especificamente, para converter a alumina ativada Brockmann I na alumina ativada Brockmann II, é acrescentado 3 % (do peso total da alumina ativada em pó) de água na alumina com atividade I de Brockmann. Para converter a alumina ativada de grau I na alumina ativada de grau III, é acrescentado 6 % (do peso total da alumina ativada em pó) a água é acrescentada, para o grau IV, 10 % (do peso total da alumina ativada em pó) de água é acrescentado a alumina com atividade I de Brockmann, e para o grau V, 15 % (do peso total da alumina ativada em pó) de água é acrescentado.

Exemplos de alumina ativada de grau I de Brockmann adequada estão comercialmente disponíveis pela CAMAG Scientific Inc (Wilmington, Carolina do Norte) e pela SigmaAldrich (St. Louis, Missouri).

Em outra modalidade, o alumina pode ser uma partícula, tal como uma pérola ou partícula de alumina ou de sílica. Os tipos de partículas que podem ser usados dependem do efluente aquoso a ser tratado e os compostos a serem retirados do efluente aquoso. Por exemplo, em uma modalidade particular, as partículas de alumina são partículas ativadas de alumina produzidas do pó da alumina ativada descrita acima.

Outra partícula de alumina adequada é uma partícula alumina que pode conter vários outros ingredientes. Em geral, a partícula pode conter qualquer material que não influencie adversamente na capacidade dos compostos, que devem ser retirados do efluente aquoso, em aderirem à alumina. Neste sentido, pelo menos uma porção da alumina contida pela partícula deve estar presente na superfície da partícula para que a alumina esteja disponível para adsorver os compostos.

Por exemplo, em uma modalidade, as partículas de alumina para uso no sistema de tratamento ultrassônico da presente invenção são partículas de sol alumina. Os sóis de alumina são hidróxidos alumina coloidais que podem manter uma ampla variedade de viscosidades e são altamente resistentes ao calor. Muitos tipos diferentes de sóis alumina estão comercialmente disponíveis com tamanhos de partícula variados. De particular vantagem, sóis de alumina podem ser preparados para transportar uma carga superficial positiva relativamente forte ou um potencial zeta. Nessa modalidade, a partícula que é reagida com os compostos contém principalmente, e em algumas modalidades, exclusivamente alumina. Os exemplos de materiais particulados de alumina incluem o Aluminasol-100 e o Aluminasol200, que estão ambos comercialmente disponíveis pela Nissan Chemical America (Houston, Texas).

Em outra modalidade, a partícula pode conter um material de núcleo revestido de alumina. A alumina pode formar um revestimento contínuo ou um revestimento descontínuo por cima da partícula. O material do núcleo pode ser, por exemplo, um óxido inorgânico, tal como a sílica. Por exemplo, em uma modalidade, os sóis podem ser usados contendo nanopartículas de sílica possuindo um revestimento de superfície de alumina. Tais sóis estão comercialmente disponíveis pela Nissan Chemical America (Houston, Texas). A sílica é coberta de alumina para fornecer aos sóis a estabilidade em certas variações de pH. De fato, sóis de sílica cobertos de alumina podem ter maior estabilidade em algumas aplicações da presente invenção em comparação com os sóis alumina. Os exemplos específicos de partículas cobertas de alumina com núcleos de sílica incluem SNOWTEX-AK ®, disponível pela Nissan Chemical America (Houston, Texas) e Ludox Cl ®, disponível pela Grace Davison (Columbia, Maryland).

Quando a alumina está na forma de partícula, as partículas têm um tamanho médio de partícula de aproximadamente 5 nanômetros a menos de 500 mícrons. Mais adequadamente, as partículas de alumina têm um tamanho médio de partícula de aproximadamente nanômetros a menos de 1 mícron, e mesmo mais adequadamente, de aproximadamente 15 nanômetros a aproximadamente 25 nanômetros.

Outros materiais adsorventes são também adequados para uso na presente invenção. Os exemplos incluem o carbono ativado, os zeolitos, e a sílica. A sílica funciona de modo semelhante à alumina ativada descrita acima.

O carbono ativado é hidrofóbico na natureza e geralmente favorece materiais orgânicos. E tipicamente usado para remover poluentes orgânicos de efluentes aquosos. O carbono ativado pode ser adequado para adsorver compostos apoiares, tais como corantes e pigmentos em efluentes aquosos.

Geralmente, os zeolitos são minerais hidratados de aluminossilicato com estruturas porosas. Eles são hidrofílicos com canais polares, regulares, e estão tipicamente usados em separação do ar e na desidratação. Zeolitos pode remover adequadamente compostos, tais como corantes ácidos, corantes reativos, tensoativos, e assim por diante, de efluentes aquosos.

Sem estar preso a uma teoria em particular, acredita-se que a utilização de um adsorvente energizado fornece uma adsorção melhorada dos compostos a serem retirados do efluente aquoso para a superfície do adsorvente. Geralmente, considera-se que um adsorvente que foi energizado usando energia ultrassônica pode mais eficientemente e mais eficazmente se ligar a compostos, levando em conta uma remoção melhorada desses compostos do efluente aquoso. Especificamente, submetendo o adsorvente no sistema de tratamento ultrassônico à energia ultrassônica, ocorrerá a microcavitação dentro do efluente aquoso. Como as pequenas bolhas produzidas por microcavitação caem ou oscilam, são produzidas microcorrentes convectivas, que resultam em um fluxo de fluido em uma zona de outro modo estagnada. Adicionalmente, a onda acústica produzida pela energia ultrassônica produz um movimento de volume pulsado que também promove a agitação fluida. O fluxo fluido aumentado produzido tanto pelo microcavitação como pela onda acústica resulta na redução da espessura da camada limite hidrodinâmica que rodeia o adsorvente. Este efeito permite o transporte de massa melhorado dos compostos no efluente aquoso para a superfície do adsorvente, levando em conta uma adsorção mais rápida, e mais eficaz.

Em uma modalidade, o efluente aquoso é o efluente têxtil que resulta do tingimento de tecidos e de processos de impressão. Especificamente, o efluente têxtil contém a fração do corante aplicado que não se ligou ao substrato a ser tingido. Estes corantes não ligados são tipicamente retirados por um processo de enxágue com água, gerando as grandes quantidades do efluente têxtil que deve ser descartado de um modo ambientalmente aceitável.

Os compostos a serem retirados do efluente têxtil na modalidade acima mencionada podem incluir, por exemplo, corantes, tanino, alvejantes óticos, agentes de ajuste de ta16 manho, enzimas, agentes branqueadores, tensoativos, sais, lubrificantes, retardantes de chama, plastificantes, monômeros, tais como acrílicos, metacrílicos, acrilonitrilas, iniciadores, ácidos tais como o acético, ascórbico, cítrico, málico, e ácido fórmico, bases, tais como carbonato de sódio, adsorventes de UV, e combinações dos mesmos.

Em outra modalidade, o efluente aquoso é uma bebida, tal como sucos de fruta, vinhos, e cerveja. Por exemplo, em uma modalidade, a bebida é o vinho. Quando da fabricação do vinho, os compostos, tais como células de levedura, partículas de cascas de uva, tartaratos, proteínas, taninos, e outros sólidos suspensos devem ser retirados para produzir um produto que seja estéril, visualmente claro, menos amargo, e estável durante o armazenamento. Similarmente quando a bebida é a cerveja, compostos, tais como levedura, complexos proteína/polifenol, e outros materiais insolúveis devem ser retirados. Além disso, os microrganismos e os subprodutos de frutas estragadas, tais como as micotoxinas produzidas pelo bolor, devem ser retirados dos sucos de fruta e do vinho. Adicionalmente, as frutas, tais como laranjas e toranjas têm compostos amargos incluindo limonina, hesperidina, e polifenóis, que devem ser retirados do suco durante o processamento.

Adicionalmente, de acordo com a presente invenção, o efluente aquoso pode ser a água. Especificamente, em uma modalidade, o efluente aquoso é a água potável. Por exemplo, muitas casas, empresas e comunidades confiam na água subterrânea em relação à sua fresca potabilidade. Pela perfuração de poços a várias profundidades, esta água subterrânea, que está em aquíferos subterrâneos, é apanhada e usada. Muitas vezes, esta água subterrânea contém níveis mensuráveis de compostos orgânicos que, por razões de saúde, são considerados impróprios para o consumo humano. Os exemplos de compostos orgânicos impróprios incluem o arsênico e o fluoreto. Outro compostos orgânicos podem incluir produtos químicos orgânicos, tais como herbicidas, pesticidas, fertilizadores, e assim por diante que foram descartados e depositados em aterros ou deixados penetrar na terra e no ar em lagoas de resíduos. Em algumas circunstâncias, a gasolina atingiu a água subterrânea a partir de tanques de armazenamento subterrâneos corroídos. Além disso, muitos tipos de microrganismos, tais como bactérias, podem crescer na água subterrânea. Adicionalmente, semelhante às bebidas acima descritas, a proteína e outros materiais insolúveis que produzem uma aparência turva devem ser retirados para produzir uma água potável aceitável. Os exemplos de outro material insolúveis incluem altos níveis de substâncias húmicas, que são moléculas orgânicas criadas pela degradação microbiana de matérias de animais e de plantas. A sua cor marrom é esteticamente desagradável ao consumidor e as substâncias podem também reagir com agentes de oxidação nos processos de tratamento, tais como o cloro ou o ozônio, para produzir os subprodutos da desinfecção (DBPs).

O efluente aquoso, em outra modalidade, pode ser um curso de água, tal como um rio, um lago, ou um corrente que ficou contaminada e deve ser tratada para estar de acordo com as leis ambientais do governo. Tais cursos de água tipicamente contêm uma ou várias impurezas, tal como sólidos suspensos, matéria orgânica dissolvida, microrganismos, matéria mineral dissolvida e assim por diante.

Embora a presente invenção tenha descrito a utilização de um adsorvente energizado para remover compostos de um efluente aquoso, as filtrações não aquosas também podem ser conduzidas usando o adsorvente e o sistema de tratamento ultrassônico da presente invenção.

Além do sistema de tratamento ultrassônico, a presente invenção também está direcionada a processos para usar o sistema de tratamento ultrassônico de remover compostos de um efluente aquoso. Geralmente, o processo para utilização do sistema de tratamento ultrassônico compreende: (1) o empacotamento de uma coluna de uma câmara de tratamento ultrassônico de um sistema de tratamento ultrassônico com um adsorvente; (2) agitação do adsorvente na coluna com energia ultrassônica; (3) introdução de um efluente aquoso por uma extremidade de entrada da câmara de tratamento ultrassônico do sistema de tratamento ultrassônico; e (4) contactar o efluente aquoso com o adsorvente energizado.

Tal como representado na FIGURA 1, um adsorvente 100 é empacotado na coluna 14 de uma câmara de tratamento ultrassônico 10 de um sistema de tratamento ultrassônico 200. O adsorvente 100 pode ser tipicamente empacotado na coluna 14 usando qualquer meio conhecido na técnica. A coluna é adequadamente empacotada com adsorvente para que o adsorvente preencha de aproximadamente 10 % (por volume nulo) a aproximadamente 90 % (por volume nulo) da coluna. Mais adequadamente, a coluna contém adsorvente que preenche de aproximadamente 30 % (por volume nulo) a aproximadamente 70 % (por volume nulo) da coluna.

O adsorvente na coluna do sistema de tratamento ultrassônico é então energizado usando a energia ultrassônica. Especificamente, em uma modalidade adequada, um pó de alumina ou uma partícula contendo alumina tal como descrito acima é colocada em colocado em contato com a energia ultrassônica produzida pela estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica excitada ultrassonicamente pela utilização do sistema de direcionamento ultrassônico tal como descrito acima. A estrutura de suporte do guia de onda ultrassônica sendo adequadamente montada inteiramente dentro do espaço interno da câmara de tratamento ultrassônico do sistema de tratamento ultrassônico.

Referindo-se à FIGURA 1, o processo também compreende a introdução de um efluente aquoso 60 pela extremidade de entrada 30 da câmara de tratamento ultrassônico 10 do sistema de tratamento ultrassônico 200. O efluente aquoso 60 é geralmente guardado em um tanque agitado 27 com agitação contínua. Tipicamente, o sistema de tratamento ultrassônico 200 usa uma bomba 62 para bombear o efluente aquoso 60 do tanque agitado 27 para a extremidade de entrada 30 da câmara de tratamento ultrassônico 10 do sistema de tratamento ultrassônico 200. Em uma modalidade particularmente preferida, a bomba inclui um motor com um controlador de velocidade.

As bombas adequadas para uso na extração por meio de bombeamento do efluente aquoso do tanque agitado para a extremidade de entrada da câmara de tratamento ultrassônico podem incluir, por exemplo, bombas de diafragma, bombas peristálticas, bombas centrífugas, e bombas de engrenagem magneticamente ligadas. Em uma modalidade especialmente preferida, a bomba é uma bomba de engrenagem magneticamente ligada, fabricada pela Micropump Corporation (Vancouver, Washington), funcionando em uma taxa de fluxo fluida de aproximadamente 0,1 litro/min a aproximadamente 6,0 litro/min.

Em uma modalidade, o sistema de tratamento ultrassônico 200 compreende uma válvula de controle de fluxo 122 como mostrado na FIGURA 1. A válvula de controle de fluxo 122 adequadamente é uma válvula de agulha ou válvula de bola e é usada para regular a taxa de fluxo do fluido bombeado usando bomba 62 na câmara de tratamento ultrassônico 10. Particularmente, o valor de controle de fluxo é vantajoso se a taxa de fluxo de descarga da bomba for maior do que a taxa de fluxo desejada na câmara. Os valores de controle de fluxo adequados estão comercialmente disponíveis pela Parker (Cleveland, Ohio).

Em outra modalidade, o sistema de tratamento ultrassônico pode compreender uma ou vários medidores de pressão. Por exemplo, na FIGURA 1, os medidores de pressão 124 e 126 são usados no sistema de tratamento ultrassônico 200. Os medidores de pressão podem ser usados para controlar a queda de pressão através das unidades filtrantes descritas mais completamente abaixo. Os medidores de pressão adequados estão comercialmente disponíveis pela Ashcroft (Stratford, Connecticut).

Adicionalmente, a solução agitada pode ser direcionada por uma ou várias unidades filtrantes dispostas ao longo do caminho do fluxo da solução agitada da bomba até a entrada da câmara para filtrar o material particulado, resíduos, e fibras da solução antes que ela atinja a câmara. Por exemplo, tal como mostrado na FIGURA 1, a solução 60 é direcionada por uma primeira unidade filtrante 80, construída para filtrar partículas com tamanhos de aproximadamente 30 mícrons a aproximadamente 50 mícrons, mais adequadamente de aproximadamente 40 mícrons, seguidos por uma segunda unidade filtrante 82 a jusante da primeira unidade filtrante 80 construída para filtrar partículas com tamanhos de aproximadamente 5 mícrons a aproximadamente 20 mícrons, mais adequadamente de aproximadamente 15 mícrons. Compreende-se, entretanto, que só uma, ou mais do que duas unidades filtrantes podem ser usadas, ou que as unidades filtrantes podem ser todas completamente omitidas, sem fugir do alcance da presente invenção. As unidades filtrantes adequadas para uso no sistema de tratamento ultrassônico da presente invenção incluem, por exemplo, unidades filtrantes produzidas pela Cole-Parmer Instrument Company (Vernon Hills, Illinois).

Uma vez que o efluente aquoso é introduzido na câmara de tratamento ultrassônico do sistema de tratamento ultrassônico, o efluente aquoso é colocado em contato com o adsorvente energizado. Especifícamente, como os fluxos efluentes aquosos pelo sistema de tratamento ultrassônico, os compostos, tais como corantes e reagentes no efluente aquoso são adsorvidos para a superfície do adsorvente energizado.

Tipicamente, o efluente aquoso é introduzido na câmara de tratamento ultrassônico em uma taxa de fluxo de aproximadamente 100 mL/min a aproximadamente 20 L/min. Mais adequadamente, o efluente aquoso é introduzido na câmara de tratamento ultrassônico em uma taxa de fluxo de aproximadamente 0,5 L/min a aproximadamente 6 L/min. O efluente aquoso então é colocado em contato com o adsorvente energizado durante um tempo período de aproximadamente 10 segundos a aproximadamente 10 minutos. O efluente aquoso dentro da câmara de tratamento ultrassônico tipicamente tem uma temperatura de aproximadamente 20 °C a aproximadamete 90 °C e um pH de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 10,0.

Depois que os compostos foram adsorvidos no adsorvente energizado 100, o efluente aquoso 90, sem os compostos, sai a câmara de tratamento ultrassônico 10 por uma extremidade de saída 38. A extremidade de saída 38 é capaz de deixar o efluente aquoso 90, do qual os compostos foram retirados, sair da câmara 10, fornecendo bastante resistência de fluxo para manter a pressão dentro da câmara 10 a um nível adequado. Tipicamente, a pressão dentro da câmara 10 é mantida dentro de uma faixa de variação de a polegada de 0,069 bar a aproximadamente 0,689 bar.

Em uma modalidade especialmente preferida, o sistema de tratamento ultrassônico 200 também compreende uma tampa de fluxo tangencial 96 localizado na extremidade de saída 38. Como ilustrado na FIGURA 5A e 5B, a tampa de fluxo tangencial 96 inclui uma tela, geralmente indicada em 98, com portas de saída e pelo menos uma porta inferior 101, mais adequadamente pelo menos duas portas inferiores 101 e 103, que se estendem do interior da câmara de tratamento ultrassônico 10 e dobra 90 ° para sair da câmara de tratamento ultrassônico 10 ao lado da tampa de fluxo tangencial 96. Adicionalmente, a tampa de fluxo tangencial 96 tem pelo menos uma porta de regresso 105, mais adequadamente pelo menos duas portas de regresso 105 e 107, que se estendem do lado da tampa de fluxo 96 e retornam para a câmara 10 por um orifício em forma da lua 110. Conforme o efluente continue ao longo do caminho de fluxo, uma porção mínima de efluente sai da câmara através da tela, embora uma grande porção do efluente flua para as portas inferiores e para a bomba (não mostrado). A bomba então força o efluente pelas portas de retorno da tampa de fluxo tangencial, produzindo um fluxo tangencial através do lado inferior da tela da tampa de fluxo tangencial. Este fluxo tangencial ajuda a evitar que o adsorvente energizado e qualquer composto retirado do efluente aquoso se apóie na tela e obstrua a saída.

Tal como representado pelas Figuras 2 e 4, quando o sistema de tratamento ultras20 sônico inclui a tampa de fluxo tangencial 96, um espaçador terminal 120 é disposto longitudinalmente entre a tampa de fluxo tangencial 96 e a coluna 14 da câmara de tratamento ultrassônico 10. O espaçador terminal 120 fornece um espaço entre a tampa de fluxo tangencial 96 e a montagem em forma de chifre 22 disposta dentro da câmara de tratamento ultrassônico 10. Este espaço aberto acima da montagem em forma de chifre fornece uma área para permitir o adsorvente se fluidize. A maioria do adsorvente está localizada dentro deste espaço onde sofrem a agitação proveniente da montagem em forma de chifre para facilitar a reação de adsorção.

Em outra modalidade, a extremidade de saída 38 da câmara 10 pode incluir uma malha fixada de tela tecida sinterizada (não mostrada). Tal tela de arame tem uma ou mais portas de saída pela mesma, com o número e o diâmetro das portas calculado de tal modo que embora a solução pressurizada possa sair pelas portas, a resistência de fluxo criada pelo tamanho das portas é suficiente para conservar uma pressão desejada dentro da câmara. Uma tela de arame tecido sinterizado adequada é uma tela com múltiplas portas, cada porta possuindo uma abertura com um diâmetro de aproximadamente 18 microns.

Tal como observado acima, muitos tipos diferentes de efluente aquoso podem ser tratados usando o sistema de tratamento ultrassônico da presente invenção. Por exemplo, em uma modalidade, o efluente aquoso é um efluente têxtil. Em outra modalidade, o efluente aquoso é uma bebida, tal como suco de fruta, vinho, ou cerveja. Outros efluentes aquosos adequados são descritos mais completamente acima e incluem a água tal como, por exemplo, água potável, em rios, correntes, lagos, e assim por diante.

Dentro desses vários efluentes aquosos, diferentes compostos podem ser retirados usando os processos descritos acima mencionados. Tal como descrito mais completamente acima, os compostos, tais como corantes, tanino, alvejantes óticos, agentes de ajuste de tamanho de partícula, enzimas, agentes branqueadores, tensoativos, sais, lubrificantes, retardantes de chama, plastificantes, monômeros, tal como acrílicos, metacrílicos, acrilonitrilas, iniciadores, ácidos tal como ácidos acético, ascórbico, cítrico, málico, e fórmico, bases, tais como carbonato de sódio, adsorventes de UV, células de levedura, fenóis, proteínas, microrganismos, sólidos suspensos, matéria orgânica dissolvida, matéria mineral dissolvida, e as combinações dos mesmos podem ser retiradas.

Quando introduzir os elementos da presente invenção ou as modalidades preferidas da mesma, os artigos “um”, “uns”, “o”, “a”, e a palavra “dito” são destinados a significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “compreendendo”, “incluindo” e “tendo” são destinados para serem inclusivos e significam que pode haver elementos adicionais diferentes dos elementos listados.

Como várias alterações podem ser realizadas no relatório acima mencionado sem fugir do alcance da presente invenção, pretende-se que todo o assunto contido no Relatório

Descritivo acima mencionado e mostrado através dos desenhos anexados deva ser interpre tado como ilustrativo e não com um sentido restritivo.

Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Câmara de tratamento ultrassônico (10) para a remoção de compostos de um efluente aquoso (60) usando um adsorvente (100) ultrassonicamente energizado, a câmara de tratamento compreendendo:

   5 uma coluna alongada (14) possuindo extremidades longitudinalmente opostas e um espaço interno (16), em que o espaço interno (16) é empacotado com adsorvente (100) ultrassonicamente energizado, a coluna (14) sendo geralmente fechada nas extremidades longitudinais e possuindo uma extremidade de entrada (30) para introdução do efluente aquoso (60) no espaço interno (16) da coluna (14) e uma

   10 extremidade de saída (38) pela qual o efluente aquoso (60) sai da coluna (14) depois da adsorção dos compostos pelo adsorvente (100) ultrassonicamente energizado, a extremidade de saída (38) sendo espaçada longitudinalmente da extremidade de entrada (30) de tal modo que o efluente aquoso (60) flua longitudinalmente dentro do espaço interno (16) da coluna (14) a partir da extremidade de entrada (30) até a extremidade de

   15 saída (38), e, uma estrutura de suporte (20) alongada do guia de onda ultrassônica que se estende longitudinalmente dentro do espaço interno (16) da coluna (14) e é operável em uma frequência ultrassônica predeterminada para energizar ultrassonicamente o adsorvente (100), a estrutura de suporte (20) do guia de onda

   20 compreendendo uma estrutura ultrassônica alongada em forma de chifre disposta pelo menos na parte intermediária entre a extremidade de entrada (30) e a extremidade de saída (38) da coluna (14) e possuindo uma superfície externa localizada para o contato com o efluente aquoso (60) que flui dentro da coluna (14) da extremidade de entrada (30) para a extremidade de saída (38), e CARACTERIZADA por compreender diversas estruturas

   25 de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) em contato com e se estendendo transversalmente para fora da superfície externa da estrutura em forma de chifre na parte intermediária entre a extremidade de entrada (30) e a extremidade de saída (38) em uma relação longitudinalmente espaçada uma da outra, as estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) e a estrutura em forma de chifre sendo construída e arranjada para o movimento

   Petição 870180045191, de 28/05/2018, pág. 9/12 dinâmico das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) em relação à estrutura em forma de chifre durante a vibração ultrassônica da estrutura em forma de chifre na frequência predeterminada e para operar em um modo de cavitação ultrassônica das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) correspondendo à freqüência

   5 predeterminada e ao efluente aquoso (60) que flui pela câmara (10).
2. 2. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) e a estrutura em forma de chifre são construídas e arranjadas para amplificar o deslocamento de pelo menos uma das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) em relação ao deslocamento da estrutura

   10 em forma de chifre durante a vibração ultrassônica da estrutura em forma de chifre, na frequência predeterminada.
3. 3. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a estrutura em forma de chifre e as estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) definem em conjunto uma montagem em forma de chifre (22) da estrutura de

   15 suporte (20) do guia de onda, a montagem em forma de chifre (22) estando montada inteiramente dentro do espaço interno (16) da carcaça.
4. 4. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a extremidade de saída (38) também compreende uma tampa de fluxo tangencial (96), em que a tampa de fluxo tangencial (96) compreende uma tela (98), pelo

   20 menos uma porta inferior (101, 103) que se estende do interior da câmara de tratamento ultrassônico (10) e vira 90° para sair a câmara de tratamento ultrassônico (10) do lado da tampa de fluxo tangencial (96), e pelo menos uma porta de regresso (105, 107) que se estende do lado da tampa de fluxo tangencial (96) e retorna para a câmara de tratamento ultrassônico (10) por um orifício (110) na tampa de fluxo tangencial (96).

   25 5. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a câmara de tratamento ultrassônico (10) também compreende um espaçador terminal (120) disposto longitudinalmente entre a tampa de fluxo tangencial (96) e a coluna alongada (14) para permitir que o adsorvente (100) energizado fluindo a

   Petição 870180045191, de 28/05/2018, pág. 10/12 jusante fluidize antes do efluente aquoso (60) saia da coluna (14) na extremidade de saída (38).

   6. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo uma estrutura de suporte móvel (79) para montar a estrutura de suporte
5. 5 do guia de onda (20) na coluna (14) geralmente em uma das extremidades longitudinais da mesma, a estrutura de suporte móvel (79) sendo construída para estar substancialmente vibratoriamente isolada da coluna (14) da estrutura de suporte do guia de onda (20).
6. 7. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos uma das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) se

   10 estende continuamente sobre a circunferência da estrutura em forma de chifre.
7. 8. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada uma das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) se estende continuamente sobre a circunferência da estrutura em forma de chifre.
8. 9. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA 15 pelo fato de que cada uma das estruturas de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) tem um comprimento transversal que estende a estrutura de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) transversalmente para fora da superfície externa da estrutura em forma de chifre, e uma espessura, uma proporção do comprimento de estrutura de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) para a espessura de estrutura de agitação (40, 42, 44, 46, 48, 50) estando na faixa de

   20 variação de 2:1 a 6:1.
9. 10. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a extremidade de entrada (30) compreende uma porta de entrada (32, 51, 53) orientada geralmente de modo tangencial em relação à coluna (14) para induzir uma ação de giro ao efluente aquoso (60) liberado no espaço

   25 interno (16) da coluna (14) na extremidade de entrada (30).
10. 11. Câmara (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a porta de entrada (32, 51, 53) é uma porta de entrada externa (53), a câmara de tratamento ultrassônico (10) também compreendendo

    Petição 870180045191, de 28/05/2018, pág. 11/12 uma porta de entrada interna (51) orientada geralmente tangencialmente em relação à coluna (14) em paralelo, alinhadamente espaçado com a porta de entrada externa (53).
11. 12. Sistema de tratamento ultrassônico (200) para a remoção de compostos de um efluente aquoso (60), CARACTERIZADO por o sistema de

    5 tratamento ultrassônico (200) compreender a câmara de tratamento ultrassônico (10) conforme definida na reivindicação 1.
12. 13. Processo para remover compostos de um efluente aquoso (60), o processo sendo CARACTERIZADO por compreender:

    empacotar uma coluna (14) de uma câmara de tratamento ultrassônico

    10 (10) de um sistema de tratamento ultrassônico (200) como definido na reivindicação 12 com um adsorvente (100);

    energizar o adsorvente (100) na coluna (14) com energia ultrassônica; introduzir um efluente aquoso (60) por uma extremidade de entrada (30) da câmara de tratamento ultrassônico (10) do sistema de tratamento ultrassônico

    15 (200); e colocar o efluente aquoso (60) em contato com o adsorvente energizado (100), deste modo removendo os compostos do efluente aquoso (60).
13. 14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a energia ultrassônica é produzida por uma estrutura de suporte do guia

    20 de onda ultrassônica (20) compreendendo uma montagem em forma de chifre (22) montada inteiramente dentro da câmara de tratamento ultrassônico (10) do sistema de tratamento ultrassônico (200).
14. 15. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o efluente aquoso (60) é reagido com o adsorvente energizado (100)

    25 durante um período de 10 segundos a 10 minutos.

    Petição 870180045191, de 28/05/2018, pág. 12/12