BRPI0903291A2

BRPI0903291A2 - processo para purificaÇço de Água em fluxo em um rio ou canal

Info

Publication number: BRPI0903291A2
Authority: BR
Inventors: Regina Tie Kawai Shikishima
Original assignee: Evonik Degussa Brasil Ltda
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-05-10
Also published as: WO2011026758A1; AR078243A1

Abstract

PROCESSO PARA PURIFICAÇçO DE ÁGUA EM FLUXO EM UM RIO OU CANAL. A presente invenção refere-se a um processo para purificação de água em fluxo em um rio ou canal compreendendo as etapas de: a) adicionar, continua ou intermitentemente, uma solução de peróxido de hidrogênio no curso d'água, em uma quantidade que promova um teor de peróxido de hidrogênio igual a pelo menos 0,1 mg por litro de água do rio ou canal, através de uma instalação que permite a aplicação do produto em múltiplos pontos na extensão da largura do rio ou canal; e b) flotar a jusante da etapa de adição de peróxido de hidrogênio, após pelo menos 70% do peróxido de hidrogênio adicionado terem sido consumidos, através da adição de um coagulante selecionado do grupo compreendendo um sal metálico de Al^3+^ ou Fe^3+^ e um floculante polimérico, bem como a injeção de bolhas de ar para flotar e remover o lodo flotado na superfície da água.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA PURIFICAÇÃO DE ÁGUA EM FLUXO EM UM RIO OU CANAL".

Campo da Invenção

A invenção refere-se a um método para purificação de água emfluxo em um rio ou canal permitindo assim sua transferência para um reser-vatório de água potável.

Antecedentes da Invenção

Reservatórios de água são comumente utilizados para fins di-versos ao mesmo tempo, como obtenção de água potável após tratamentoem estações de tratamento de água, obtenção para fins de irrigação, forne-cimento de áreas de recreação e geração de energia hidrelétrica. Por umlado tais usos múltiplos requerem água com alta qualidade para usos recre-acionais e para obtenção de água potável e por outro lado requerem gran-des quantidades de água para irrigação e para utilização em plantas de ge-ração de energia elétrica.

Um método prático para aumentar a capacidade de um reserva-tório é a transferência de água de um rio ou canal para o reservatório. Estatransferência também permite o uso do reservatório como um sistema paraarmazenamento de potencial hidrelétrico através do bombeamento de águade um rio ou canal, utilizando-se assim o potencial hidrelétrico excedentepara usos diversos em períodos de baixa demanda de energia e geração deenergia hidrelétrica adicional em períodos de alta demanda de energia. En-tretanto, a quantidade de água que pode ser transferida de um rio ou canalsem a deterioração da qualidade da água do reservatório é freqüentementelimitada pela poluição da água em um rio ou canal.

A purificação da água antes de sua transferência para um reser-vatório permite um aumento do fluxo de entrada de água de um reservatóriosem a deterioração da qualidade da água do reservatório. Portanto, faz-senecessária a existência de métodos para purificação da água em fluxo emum rio ou canal possibilitando assim sua transferência para um reservatóriode água potável.

O documento PI9702430 descreve um processo para purificaçãode água em fluxo em um rio ou canal através de sistema de flotação em flu-xo, que compreende a adição de um coagulante no curso d'água, seguidapela adição de um floculante, injeção de água saturada com ar para flotaçãoe remoção do lodo flotado na superfície da água. Este processo tem sidoaplicado na purificação da água em fluxo do rio Pinheiros em São Paulo,antes de sua transferência para o reservatório Billings. Entretanto, o grau depurificação alcançado por este processo não é satisfatório, limitando assim aquantidade de água que pode ser transferida para o reservatório. Portanto,ainda faz-se necessário a melhora da eficiência deste processo.

O peróxido de hidrogênio tem sido utilizado para combater ouprevenir a depleção de oxigênio em lagos, lagoas e rios, que pode ocasionara mortandade de peixes em condições anaeróbias extremas, em que sulfetode hidrogênio, de forte odor e tóxico, é produzido pelas bactérias anaeró-bias. Para este propósito, o peróxido de hidrogênio é adicionado à bateladapara fornecer oxigênio dissolvido através da lenta decomposição do peróxidode hidrogênio. Tal adição de peróxido de hidrogênio é mais eficiente que aaeração da água, pois a decomposição do peróxido de hidrogênio in situ po-de fornecer maiores quantidades de oxigênio solúvel. O documentoCN101088927 descreve tal processo para purificação de água de lagoas erios contaminados, em que o peróxido de hidrogênio é misturado à água emuma quantidade de 50 a 5000 ppm com um barco motorizado conduzido a-través do rio ou lagoa.

O documento CN101139129 descreve um método para matar edecompor algas azuis em um lago, lagoa ou extensão de rio, através da pul-verização de peróxido de hidrogênio na superfície da água, em uma quanti-dade de 1000 a 35000 ppm. O documento ensina também a flocular os pro-dutos de decomposição formados pelas algas, através da pulverização desolução de sulfato de alumínio na mesma área em uma quantidade de 5 a200 ppm após todo peróxido de hidrogênio ter reagido. O problema de cres-cimento excessivo de algas azuis ocorre somente em águas estagnadas enão em rios que têm uma vazão de água considerável. O método descrito nodocumento CN101139129 que utiliza soluções de sulfato de alumínio é tam-bém adaptado para tratamento de águas estagnadas e não é aplicável paratratamento de um rio com água em fluxo.

O documento US6596176 descreve um processo para tratamen-to de água para consumo humano através da adição de peróxido de hidro-gênio à água não tratada, seguida da adição de um coagulante metálicocomposto por uma mistura de 1 a 10 partes de cloreto de poli-dimetil-dialil-amônio e de 1 a 5 partes de sal metálico. O sal metálico pode ser um sal deAl3+ ou Fe3+. O documento em questão ensina um efeito sinérgico entre operóxido de hidrogênio e o coagulante metálico devido à rápida reação entreos dois componentes que ocorre entre 30 a 60 s. O processo do documentoUS 6.596.176 requer portanto mistura da água contendo peróxido de hidro-gênio com o coagulante metálico antes que uma quantidade considerável deperóxido de hidrogênio seja consumida. Além do que, a rápida reação doperóxido de hidrogênio e do coagulante metálico requer uma rápida misturada água contendo o peróxido de hidrogênio com o coagulante metálico. Naprática, isto somente é possível através da adição do peróxido de hidrogênioe do coagulante metálico a uma tubulação através do qual a água flui comomostrado na figura 1 o documento US6596176, mas não é possível em umrio ou canal. Este fato faz com que o processo do referido documento sejainviável para o tratamento de água em fluxo em um rio ou canal.

Descobriu-se que a eficiência do processo descrita no documen-to PI9702430 pode ser surpreendentemente melhorada pela adição de peró-xido de hidrogênio de um modo eficaz à água em fluxo com uma etapa decoagulação, floculação e flotação a jusante da etapa de adição de peróxidode hidrogênio, sendo esta etapa com distância tal que pelo menos 70% doperóxido de hidrogênio adicionado tenham sido consumidos.

Sumário da Invenção

A presente invenção descreve um método para purificação deágua em fluxo em um rio ou canal, compreendendo uma etapa de adição,continua ou intermitentemente, de uma solução de peróxido de hidrogênio àágua em fluxo em uma quantidade que promova um teor de peróxido de hi-drogênio igual a pelo menos 0,1 mg por litro de água do rio ou canal, atravésde uma instalação que permita vários pontos de adição na extensão da lar-gura do rio ou canal e uma etapa de flotação a jusante da etapa de adiçãode peróxido de hidrogênio após pelo menos 70% do peróxido de hidrogênioadicionado terem sido consumidos. A etapa de flotação compreende a adi-ção de um sal metálico de Al3+ ou Fe3+ como coagulante, adição de um flo-culante polimérico, injeção de bolhas de ar para flotação e remoção do lodoflotado na superfície da água.

Descrição detalhada da invenção

O método da presente invenção compreende uma etapa de adi-ção de peróxido de hidrogênio continuamente ou intermitentemente à águaem fluxo.

Preferencialmente, o peróxido de hidrogênio é adicionado conti-nuamente. Se o peróxido de hidrogênio é adicionado intermitentemente, oproduto do intervalo de tempo de interrupção da adição de peróxido de hi-drogênio em segundos e da velocidade média da água em m/s é menor que200 m, preferencialmente menor que 100 m. A determinação deste curtointervalo de tempo de interrupção da adição de peróxido de hidrogênio ga-rante que essencialmente toda água tenha sido tratada com peróxido de hi-drogênio antes que ela chegue à etapa de flotação realizada a jusante daetapa de adição de peróxido de hidrogênio.

No método da presente invenção, a solução de peróxido de hi-drogênio é adicionado em uma quantidade que promova um teor de peróxidode hidrogênio igual a pelo menos 0,1 mg por litro de água do rio ou canal,preferencialmente em um teor na faixa de 1 a 50 mg/L. Pelo menos 70% doperóxido de hidrogênio adicionado ao curso d'água serão consumidos nestaágua, tanto pela decomposição com formação de oxigênio dissolvido na á-gua ou pela reação com compostos oxidáveis presentes na água. A decom-posição do peróxido de hidrogênio ocorre devido à ação catalítica de subs-tâncias naturalmente presentes na água. A quantidade de peróxido de hidro-gênio que é adicionada é preferencialmente selecionada para alcançar umnível de oxigênio dissolvido de pelo menos 2 mg/L, preferencialmente depelo menos 3 mg/L, no local onde a etapa de flotação é realizada a jusanteda etapa de adição de peróxido de hidrogênio.

No método da presente invenção o peróxido de hidrogênio é a-dicionado através de uma instalação que permite múltiplos pontos de adição.A instalação preferencialmente permite de 2 a 30 pontos de adição de peró-xido de hidrogênio na extensão da largura do rio ou canal e a distância entreos pontos de adição na extensão do rio ou canal é preferencialmente de 1 a20 m. A instalação pode ser submersa na água com a alimentação de peró-xido de hidrogênio ao ponto de adição com uma tubulação operando no fun-do do rio ou canal e tem mangueiras flexíveis com boias conectadas à tubu-lação para fornecer pontos de adição de peróxido de hidrogênio próximos àsuperfície, preferencialmente com profundidade de até 1 m abaixo da super-fície da água. Alternativamente, a instalação pode estar sobre a superfíciedo rio ou canal com a instalação ancorada no fundo ou nas margens do rioou canal para mantê-la no lugar. Em uma terceira alternativa, a instalaçãopode ser construída como uma ponte ou como parte de uma ponte na exten-são do rio ou canal com tubulações para peróxido de hidrogênio conduzidasda ponte para o rio ou canal através dos pontos de adição. Em uma configu-ração preferida desta terceira alternativa, as tubulações para peróxido dehidrogênio compreendem mangueiras flexíveis que alcançam o rio ou canalevitando danos à estrutura por objetos flotando no curso d'água do rio oucanal. A utilização de múltiplos pontos de dosagem na extensão da largurado rio ou canal fornece uma distribuição inicial melhor do peróxido de hidro-gênio adicionado no curso d'água e resulta em uma melhora na eficiência daetapa de flotação realizada a jusante. Ao mesmo tempo, evitam-se efeitosdanosos de altas concentrações de peróxido de hidrogênio em organismosaquáticos presentes na água.

O método da presente invenção compreende também uma eta-pa de flotação realizada a jusante da etapa de adição de peróxido de hidro-gênio. A etapa de flotação compreende a adição de um sal metálico de Al3+ou Fe3+ ao curso d'água, a adição de um floculante, injeção de ar para flota-ção e remoção do lodo flotado na superfície da água.

A adição de um sal metálico de Al3+ ou Fe3+ à água acarreta aformação de hidróxidos finamente dispersos ou óxidos hidratados de alumí-nio ou ferro, que atuam como coagulante para partículas coloidais. Um salmetálico apropriado de Al3+ é o sulfato de alumínio. Preferencialmente, umsal metálico de Fe3+ é adicionado como coagulante. Um sal metálico apro-priado de Fe3+ é o cloreto de ferro (III). O sal metálico é preferencialmenteadicionado em uma quantidade de 5 a 200 mg/L, mais preferencialmente de10 a 130 mg/L.

As partículas coaguladas, que estão finamente dispersas, sãoentão floculadas pela adição de um floculante polimérico. Preferencialmente,um polímero catiônico é utilizado como floculante. Floculantes poliméricosadequados são de conhecimento de peritos na especialidade no que se refe-re ao tratamento de esgoto e purificação de água potável. O floculante poli-mérico é preferencialmente adicionado em uma quantidade de 0,1 a 5 mg/L.

Após a adição do floculante polimérico, bolhas de ar são injeta-das para flotação e o lodo flotado na superfície da água é removido. As bo-lhas de ar podem ser injetadas pela injeção direta de ar comprimido atravésde um equipamento que forma pequenas bolhas de ar, preferencialmentemenores que 100 μm. Em uma configuração preferida, entretanto, o ar é dis-solvido na água sob pressão e injetado através de mangueiras submersasna água para formação de microbolhas pela despressurização. Equipamen-tos adequados para pressurização de água saturada com ar são conhecidosdo documento US5989437. As pequenas bolhas de ar aderem-se às partícu-las floculadas, que sobem então para a superfície da água e formam um lo-do flotado na superfície da água. O lodo flotado na superfície da água é en-tão removido por diversos meios, como raspadores mecânicos, pás rotativasou mangueiras localizadas na superfície da água para bombeamento do lo-do. Preferencialmente, uma barreira para contenção do lodo é instalada naextensão da largura do rio ou canal para facilitar a remoção do lodo.

Em uma configuração preferida, a etapa de flotação é realizadano curso d'água pela adição do coagulante metálico, adição de um floculantepolimérico e injeção de bolhas de ar em diversos pontos consecutivos aolongo do rio ou canal.A etapa de flotação realizada a jusante da etapa de adição deperóxido de hidrogênio é realizada após pelo menos 70% do peróxido dehidrogênio adicionado terem sido consumidos. Preferencialmente 80% emais preferencialmente 90% do peróxido de hidrogênio terem sido consumi-dos antes da realização da etapa de flotação.

Preferencialmente, a etapa de adição de peróxido de hidrogênioe a etapa de flotação realizada a jusante são realizadas a uma distância aolongo do rio maior que o produto da velocidade média da água em m/s e dotempo de 1000 s. Mais preferencialmente, a distância ao longo do rio é maiorque o produto da velocidade média da água em m/s e do tempo de 5000 s.Mais preferencialmente ainda, a distância ao longo do rio é maior que o pro-duto da velocidade média da água em m/s e do tempo de 30000 s.

O processo da invenção resulta em um aumento da eficiênciaquando comparado com o processo descrito na documento PI9702430, emque uma alta fração de matéria orgânica presente na água é removida. Sur-preendentemente, a fração de matéria orgânica que é removida pela etapade flotação é elevada pela adição de peróxido de hidrogênio e ao contráriodo que se poderia esperar dos ensinamentos do documento US6596176,este aumento é maior quanto mais peróxido de hidrogênio é consumido an-tes da realização da etapa de flotação. Não querendo limitar-se à teoria, a-credita-se que a melhora na remoção da matéria orgânica na etapa de flota-ção não se deve diretamente à oxidação da matéria orgânica pelo peróxidode hidrogênio, mas sim à ação microbiológica na matéria orgânica, que foiafetada pelo oxigênio dissolvido que foi fornecido através da adição de peró-xido de hidrogênio.

Em uma configuração preferida, a água contém Fe2+ antes daadição de peróxido de hidrogênio. A quantidade de Fe2+ é preferencialmentede 1 a 40 mg/L, preferencialmente de 2 a 30 mg/L. O Fe2+ pode estar natu-ralmente presente na água, ele pode estar presente como um resultado dacontaminação da água ou ele pode ser adicionado propositalmente à água amontante da adição de peróxido de hidrogênio. Preferencialmente o Fe2+está naturalmente presente na água. A presença de Fe2+ antes da adição deperóxido de hidrogênio promove uma melhora na eficiência de remoção dematéria orgânica na etapa de flotação permitindo assim uma redução daquantidade de sal metálico utilizada na etapa de flotação realizada a jusante,sem perder a eficiência na purificação da água.

Em uma configuração preferida, o método da presente invençãotambém compreende uma etapa adicional de adição de sal metálico de Al3+ou Fe3+ como coagulante, adição de um floculante polimérico, injeção debolhas de ar para flotação e remoção do lodo flotado na superfície da água amontante da adição de peróxido de hidrogênio. Esta etapa adicional podeser realizada do mesmo modo da etapa realizada a jusante da etapa de adi-ção de peróxido de hidrogênio. Preferencialmente, o mesmo sal metálico éutilizado a montante e a jusante da etapa de adição de peróxido de hidrogê-nio. A etapa de flotação adicional realizada a montante da etapa de adiçãode peróxido de hidrogênio reduz a quantidade de peróxido de hidrogênio queé necessária na realização da invenção e fornece maiores níveis de oxigêniodissolvido na água purificada utilizando-se menos peróxido de hidrogênio.Há também o efeito do fornecimento de água purificada com menor teor dematéria orgânica.

Em uma configuração preferida do método da presente inven-ção, a água purificada é bombeada para um reservatório para água potável.A purificação da água pelo método da invenção antes do seu bombeamentopara o reservatório reduz o crescimento de algas no reservatório e reduz osesforços necessários para obtenção de água potável a partir do reservatório.

Preferencialmente, pelo menos uma parte da água bombeadapara o reservatório é utilizada para geração de energia hidroelétrica. A purifi-cação de água pelo método da invenção antes do seu bombeamento para oreservatório permite o bombeamento de grandes quantidades de água de riopara o reservatório sem a deterioração da qualidade da água no reservatórioe dessa forma aumenta o potencial elétrico durante o armazenamento deenergia hidrelétrica.

Os seguintes exemplos ilustram a invenção, porém não limitam oescopo da invenção.Exemplos

Exemplo 1

Uma amostra de água foi coletada do rio Pinheiros em São Pau-lo a montante das instalações de tratamento de água instaladas no rio. Aágua tinha um nível de oxigênio dissolvido de 0,3 mg/L, um teor de Fe2+ de6.6 mg/L, uma turbidez de 15,7 NTU e uma demanda bioquímica de oxigêniode 17 mg/L. Uma solução contendo 50% em peso de peróxido de hidrogêniofoi diluída com água destilada para uma concentração de 0,05% em peso eadicionada à amostra de água do rio em uma quantidade de 4,7 mg/L deperóxido de hidrogênio. Após 155 minutos da adição do peróxido de hidro-gênio, a amostra de água tinha uma concentração de peróxido de hidrogêniode 0,3 mg/L, um nível de oxigênio dissolvido de 3,3 mg/L, um teor de Fe2+ de1.7 mg/L, uma turbidez de 11,8 NTU e uma demanda bioquímica de oxigêniode 16 mg/L.

Exemplo 2

O Exemplo 1 foi repetido com água coletada do rio Pinheiros emSão Paulo a jusante das instalações de tratamento de água em que a flota-ção é realizada pela adição de cloreto de ferro (III) como coagulante, adiçãode um floculante polimérico catiônico, injeção de água saturada com ar eremoção do lodo flotado na superfície da água.

A água tinha um nível de oxigênio dissolvido de 0,2 mg/L, umteor de Fe2+ de 6,4 mg/L, uma turbidez de 9,5 NTU e uma demanda bioquí-mica de oxigênio de 23 mg/L. 5,0 mg/L de peróxido de hidrogênio foram adi-cionados à água. Após 151 minutos da adição do peróxido de hidrogênio, aamostra de água tinha uma concentração de peróxido de hidrogênio de 0,5mg/L, um nível de oxigênio dissolvido de 3,4 mg/L, um teor de Fe2+ de 0,7mg/L, uma turbidez de 9,0 NTU e uma demanda bioquímica de oxigênio de17 mg/L.

Claims

1. Processo para purificação de água em fluxo em um rio ou ca-nal, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:a) adicionar, continua ou intermitentemente, uma solução de pe-róxido de hidrogênio no curso d'água, em uma quantidade que promova umteor de peróxido de hidrogênio igual a pelo menos 0,1 mg por litro de águado rio ou canal, através de uma instalação que permite a aplicação do produ-to em múltiplos pontos na extensão da largura do rio ou canal; eb) flotar a jusante da etapa de adição de peróxido de hidrogênio,após pelo menos 70% do peróxido de hidrogênio adicionado terem sido con-sumidos, através da adição de um coagulante selecionado do grupo com-preendendo um sal metálico de Al3+ ou Fe3+ e um floculante polimérico, bemcomo a injeção de bolhas de ar para flotar e remover o lodo flotado na super-fície da água.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o peróxido de hidrogênio é aplicado continuamente.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o peróxido de hidrogênio é adicionado intermitentemente e oproduto do intervalo de tempo de interrupção da adição de peróxido de hi-drogênio em segundos e da velocidade média da água em m/s é menor que 200m, preferencialmente menor que 100 m.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de adição de peróxido de hidro-gênio e a etapa de flotação a jusante são realizadas a uma distância ao lon-go do rio maior que o produto da velocidade média da água em m/s e dotempo de 1000 s.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que a solução de peróxido de hidrogênio éadicionada em uma quantidade que promova um teor de peróxido de hidro-gênio na faixa de 1 a 50 mg por litro de água do rio ou canal.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa adicional a mon-tante da adição de peróxido de hidrogênio, etapa esta que compreende aadição de um sal metálico de Al3+ ou Fe3+ como coagulante, adição de umfloculante polimérico, injeção de bolhas de ar para flotação e remoção dolodo flotado na superfície da água.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que o sal metálico de Fe3+ é adicionado comocoagulante.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que o sal metálico é adicionado em umaquantidade de 5 a 200 mg/L, preferencialmente de 10 a 130 mg/L.

9. de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, carac-terizado pelo fato de que o floculante polimérico é um polímero catiônico.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 9, caracterizado pelo fato de que o floculante polimérico é adicionado emuma quantidade de 0,1 a 5 mg/L.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 10, caracterizado pelo fato de que as bolhas de ar são formadas pela des-pressurização da água saturada com ar que é injetada através de manguei-ras submersas na água.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 11, caracterizado pelo fato de que a água antes da adição de peróxido dehidrogênio contém de 1 a 40 mg/L, preferencialmente de 2 a 30 mg/L, deFe2+.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que a água purificada é bombeada para umreservatório de água potável.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma parte da água bombeada para o reservató-rio é utilizada para geração de energia hidrelétrica.