PT107151B

PT107151B - Processo de remoção e recuperação de metais pesados de efluentes líquidos

Info

Publication number: PT107151B
Application number: PT10715113A
Authority: PT
Inventors: De Matos Machado Remígio; Manuel Rodrigues De Carvalho Jorge
Original assignee: Inst Superior Tecnico
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2019-03-22
Also published as: WO2015038021A1; PT107151A

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM PROCESSO, E RESPETIVO EQUIPAMENTO, PARA REMOVER E RECUPERAR METAIS PESADOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS. O PROCESSO TEM DUAS ETAPAS PRINCIPAIS. NUMA PRIMEIRA ETAPA DESIGNADA DE BIOSSORÇÃO OS METAIS PESADOS CONTAMINANTES DO EFLUENTE A TRATAR SÃO ADSORVIDOS NA BIOMASSA: ENGAÇOS DE UVA SECOS E MOÍDOS. ESTA ETAPA REALIZA-SE NUMA BATERIA DE REATORES CONTÍNUOS COM AGITAÇÃO, ACOPLADOS INDIVIDUALMENTE A DECANTADORES. NUMA SEGUNDA ETAPA A BIOMASSA É REGENERADA UTILIZANDO UM ELUENTE APROPRIADO. ESTA ETAPA REALIZA-SE NUM FILTRO PRENSA COM PLACAS INOVADORAS DE MEMBRANAS E VÁLVULAS DE CONTROLO DE FLUXO DE ELUENTE. RESULTA DESTE PROCESSO INTEGRADO A REMOÇÃO DOS METAIS PESADOS EXISTENTES NO EFLUENTE E A SUA RECUPERAÇÃO SOB A FORMA DE UMA SOLUÇÃO AQUOSA CONCENTRADA QUE PODE SER ALIMENTADA DE FORMA RENTÁVEL E EFICIENTE A UM PROCESSO HIDROMETALÚRGICO DE RECUPERAÇÃO DE METAIS. ESTE PROCESSO APLICA-SE AO SETOR INDUSTRIAL MINEIRO E NO TRATAMENTO DE EFLUENTES PROVENIENTES DA INDÚSTRIA DO TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES METÁLICAS.

Description

Processo de remoção e recuperação de metais pesados de efluentes líquidos

Campo da invenção

Campo técnico em que a invenção se insere

A presente invenção diz respeito a um processo, e respetivo equipamento, para remover e recuperar metais pesados de efluentes líquidos. 0 processo tem duas etapas principais. Numa primeira etapa designada de biossorção os metais pesados contaminantes do efluente a tratar são adsorvidos na biomassa: engaços de uva secos e moídos. Esta etapa realiza-se numa bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16), acoplados individualmente a decantadores contínuos (17), (18), (19). Numa segunda etapa a biomassa é regenerada utilizando um eluente apropriado. Esta etapa realiza-se num filtro prensa de placas com membrana (30) e válvulas de controlo de fluxo de eluente (3). Resulta deste processo integrado a remoção dos metais pesados existentes no efluente e a sua recuperação sob a forma de uma solução aquosa concentrada que pode ser alimentada de forma rentável e eficiente a um processo hidrometalúrgico de recuperação de metais.

O processo proposto na presente invenção permite remover, por biossorção, floculação, sedimentação, filtração e eluição metais pesados em solução, ou seja iões metálicos dos elementos pertencentes aos blocos d e f da tabela periódica. No passo de biossorção contactou-se em contra corrente o efluente, com engaços de uva secos e moídos, designados nesta patente por biomassa. Após floculação e sedimentação a biomassa carregada com metais pesados foi filtrada e imobilizada nos bolos de filtração de um filtro prensa de placas com membrana (30) e caracterizadas por terem válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) . A eluição realizou-se fazendo passar um eluente de elevada força iónica sequencialmente através dos bolos. Através da etapa de eluição regenera-se a biomassa para um novo ciclo de biossorção floculação, sedimentação filtração e eluição e obtém-se um eluato com elevada concentração de metais pesados que pode ser alimentado de forma eficiente a um processo hidrometalúrgico seja de extração líquido líquido, cementação, de precipitação química, de separação por membranas ou de eletrolise.

A presente invenção tem aplicabilidade no setor mineiro nomeadamente no tratamento dos efluentes ácidos das minas abandonadas e no tratamento das águas das barragens de rejeitados mineiros, bem como, no setor das indústrias de tratamento de superfícies metálicas e de uma forma geral no tratamento de cursos de água contaminados com metais pesados.

Estado da Arte

Define-se na presente invenção, Biossorção como sendo a capacidade que materiais de origem biológica (biomassa) têm para adsorver iões metálicos dos elementos pertencentes aos blocos d e f da tabela periódica de efluentes aquosos.

Um processo de biossorção e/ou eluição obriga necessariamente ao contacto entre uma fase sólida, a biomassa, e uma fase líquida, o efluente, contacto esse que pode ser realizado numa bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (Continuous Stirred-tanq Reactor - CSTR), reatores tubulares de fluxo pistão (Plug Flow Reactor PFR) , colunas de leito fixo e colunas de leito fluidizado (Gadd e White, 1993). Sintetizando os vários sistemas reacionais podem-se subdividir em dois grandes grupos:

1) Sistemas reacionais nos quais a biomassa é imobilizada numa coluna de leito fixo.

2) Sistemas reacionais nos quais a biomassa se encontra em suspensão homogénea.

Consultando a literatura, a primeira abordagem é largamente preferida, tanto para a operação de biossorção como para a operação de eluição.

Como exemplos de trabalhos publicados que se enquadram na primeira abordagem refira-se o trabalho de Volesky, et al., 1988 Pat. N°. 4769223, que desenvolveu um método para a biossorção de ouro utilizando algas marinhas (género Sargassum) estabilizadas por uma grande variedade de polímeros naturais e sintéticos. Jeffers, et al. 1994, E.U. Pat. N°. 5279745, desenvolveram o encapsulamento granular em polímeros de polisulfona, para imobilizar absorventes que constitui a base do sistema BIO-FIX desenvolvimento pelo United States Bureau of Mines.

Numa abordagem alternativa Greene et al. (1991, E.U. Pat. N°.5055402) imobilizaram microalgas utilizando temperaturas elevadas compreendidas entre 300 C a 500 °. Outros exemplos significativos de imobilizações por polímeros são dados por C. Yannai, et al. 1996, (E.U. Pat. N° . 5538645) o qual patenteou a imobilização de leveduras por reticulação com aldeídos, Summers, Jr. et al. 1997 patenteou, (Pat E.U. N ° 5602071) a imobilização em esferas de biomassa por neutralização e reticulação com ácidos policarboxílicos adesivos e Hermann 1999, E.U. Pat. No.

5976847) imobilizou microrganismos em poliuretano hidrófilo. Todos estes biossorventes têm a desvantagem de precisarem de um estágio de concentração de biomassa (por exemplo: centrifugação) seguida de mistura com o agente de imobilização e posterior reação de gelificação.

Uma alternativa à imobilização através de encapsulamento, ou ligações químicas cruzadas com um polímero consiste em fazer crescer um biofilme de microrganismos num suporte poroso adequado. Diels, et al.

(2000, E.U. Pat. No. 6013511) descreveu a bioprecipitação de metais usando biofilmes formados em membranas sintéticas. No entanto, esse processo requer a adição constante de nutrientes do outro lado da membrana para manter os microrganismos vivos. Cotoras Tadic e al. 2008, através do documento US Pat 0142422A1/2008, publicou um processo baseado na formação de um biofilme num suporte inerte de baixo custo. Neste processo o biofilme necessita de ser regenerado após vários ciclos de biossorção e eluição e tal como no exemplo anterior o crescimento do biofilme implica a adição de nutrientes e controlo apertados das condições de formação do biofilme.

Como exemplos de trabalhos publicados que se enquadram na segunda abordagem, ou seja sistemas reacionais nos quais a biomassa se encontra em suspensão homogénea, refira-se o trabalho de Machado, R.M et al. 2003. Este trabalho, realizado pelos autores da presente invenção, numa instalação de dimensão laboratorial, na qual foi utilizada como biomassa, o engaço de uva moída tendo sido simulado um sistema de dois andares em contra corrente, e utilizado um elemento filtrante cilíndrico com 113 cm² e permitindo a formação de bolos de biomassa com 9 cm de altura. Este bolo foi utilizado como uma pequena coluna de permuta iónica carregada de metais pesados que foi eluída, fazendo passar uma solução concentrada de sulfato de sódio e tricitrato de sódio hidratado.

Butter, et al. 1998 apresenta um sistema de biossorção e eluição utilizando como biomassa Penicillium chrysogenum em suspensão num reator tubular e eluição realizada num filtro de Nutsche. K. A. MATIS et al. 2003 realiza a biossorção de metais pesados utilizando como biomassas os microrganismos (não viáveis) Streptoverticillium cinnamoneum e Penicillium chrysogenum.

Os sistemas que utilizam a biomassa imobilizada face aos sistemas com biomassa em suspensão livre apresentam duas vantagens principais:

a) Melhor aproveitamento da capacidade máxima de adsorção da biomassa.

b) Dispensa de incluir no processo integrado, operações intermédias de separação sólido-líquido.

Estes sistemas têm no entanto desvantagens importantes:

a) Elevado custo de imobilização da biomassa em matriz suporte.

b) O processo de imobilização diminui frequentemente a capacidade máxima e afinidade de adsorção das biomassas.

c) A cinética de biossorção é mais lenta.

d) Existem sempre perdas significativas de pressão hidráulica no interior das colunas de adsorção.

Estes dois últimos fatores limitam fortemente as velocidades máximas lineares de escoamento dos efluentes no interior de uma coluna de biomassa e como tal torna as colunas de enchimento mais adequadas para caudais baixos de efluente.

processo proposto na presente invenção permite tratar, por biossorção, elevados caudais de efluentes com baixa concentração de contaminantes metálicos. Nesse sentido, e face ao exposto anteriormente, a utilização no passo de biossorção de um sistema reacional com a biomassa em suspensão é o mais adequado. Já no passo de eluição, dada a necessidade de se minimizar a quantidade de eluente, imobilizou-se a biomassa carregada com os metais pesados nos bolos de filtração de um filtro prensa de placas com membrana (30) caracterizadas por terem válvulas de controlo de fluxo de eluente (3). Na solução tecnológica desenvolvida, a imobilização da biomassa em coluna resultou diretamente da operação de filtração. As placas de filtração com membranas foram desenvolvidas de forma a permitir uma eluição sequencialmente e em série dos vários bolos de filtração, ou seja o eluente que sai de uma dado bolo de filtração a montante entra no bolo imediatamente adjacente repetindo-se este processo até ao último bolo de filtração. Este procedimento transforma do ponto de vista de eluição o conjunto dos vários bolos de filtração numa única coluna de enchimento desenvolvida em comprimento.

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção diz respeito a um processo, e respetivo equipamento, para remover e recuperar metais pesados de efluentes líquidos. O processo tem duas etapas principais. Numa primeira etapa, designada de biossorção, os metais pesados contaminantes do efluente a tratar são adsorvidos na biomassa: engaços de uva secos e moídos. Esta etapa realiza-se numa bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16), acoplados individualmente a decantadores contínuos (17), (18), (19). Numa segunda etapa a biomassa, engaços de uva secos e moídos, é regenerada utilizando um eluente apropriado. Esta etapa realiza-se num filtro prensa de placas com membrana (30) e válvulas de controlo de fluxo de eluente (3). Resulta deste processo integrado a remoção dos metais pesados existentes no efluente e a sua recuperação sob a forma de uma solução aquosa concentrada que pode ser alimentada de forma rentável e eficiente a um processo hidrometalúrgico de recuperação de metais.

O processo da presente invenção consiste em contactar o efluente liquido contaminado com metais pesados com engaços de uva secos e moídos e com uma distribuição granulométrica cujo diâmetro médio de Sauter está compreendido entre os 5 μιη e 250 μιη. O contacto é realizado em contra corrente numa bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e decantadores contínuos (17), (18), (19). Após esta operação obtém-se uma suspensão de engaços de uva secos e moídos com 6 a 15% (m/m) de sólidos a qual é encaminhada para um filtro prensa de placas com membrana (30) . Neste equipamento é efetuada uma filtração e compressão da suspensão de forma a obter um bolo com 30% a 70% de sólidos. A eluição do bolo é realizada com uma solução aquosa de elevada força iónica por exemplo: solução de NaCl 4 Molar ou Na₂SO4 1 Molar a qual pode ter um agente complexante de metais pesados como por exemplo tricitrato de sódio dihidratado. A eluição realiza-se no filtro prensa de placas com membrana (30) fazendo passar o eluente sequencialmente através dos bolos de filtração. A entrada de eluente no filtro prensa de placas com membrana (30) é realizada através dos canais de escoamento do filtrado. A eluição é designada por sequencial devido ao facto de o eluente atravessar sequencialmente os vários bolos de filtração, ou seja, o eluente que sai do primeiro bolo de filtração entra no segundo bolo repetindo-se este processo até ao último bolo de filtração. Quanto ao modo de transporte do eluente através dos bolos de filtração, este pode realizar-se quer em modo passivo quer em modo ativo. Designa-se, na presente invenção, por modo passivo de transporte quando a força motriz que força o eluente através dos bolos é o gradiente de pressão hidráulica entre a entrada e a saída, originados pela resistência específica dos bolos de filtração, a qual é vencida pela bomba de alimentação. No caso de transporte ativo o eluente é forçado através dos bolos através de compressão sequencial das membranas das placas de filtração. Este transporte ativo de eluente permite que se trabalhe a baixas pressões de alimentação do eluente pois a queda de pressão é sempre apenas devida à resistência específica de um único bolo. Assim, por um lado minimiza-se as perdas decorrentes de fugas existentes na junção de duas placas de filtração consecutivas e por outro lado evita-se a formação de canais preferenciais de escoamento. A eluição sequencial com transporte ativo permite concentrar num reduzido volume de eluente os metais que foram sequestrados pela biomassa no passo de biossorção. A passagem sequencial do eluente através do bolo só é possível devido ao desenho inovador das placas de filtração com válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) nos canais de escoamento. Os canais principais de escoamento do filtrado de cada placa, são também, no passo de eluição os canais de alimentação do eluente e não são mais do que os orifícios situados nos cantos das placas de filtração. Neste desenho inovador das placas de filtração com membrana (30), cada canal principal de escoamento/alimentação do eluente tem a abertura controlada por uma válvula de controlo de fluxo do eluente (3) a qual é designada na presente invenção com o acrónimo VCFE. De modo a simplificar a exposição do processo de eluição apresenta-se na figura 1 um diagrama relativo à eluição sequencial dos bolos de filtração.

No passo de eluição três das válvulas de controlo de fluxo do eluente (3) de cada uma das placas é fechada. A válvula de controlo de fluxo do eluente (3) na posição aberta encontra-se situada no canto superior oposto à entrada do eluente tal como se encontra indicado na figura 1.

Desta forma o eluente que entra na câmara de filtração é obrigado a atravessar o bolo e sair pela VCFE (3) na posição aberta. Na placa adjacente a válvula de controlo de fluxo do eluente (3) situada na posição homóloga está na posição fechada e encontra-se aberta a válvula de controlo de fluxo do eluente (3) situada no canto superior em posição oposta. Esta configuração de válvulas permite o escoamento sequencial do eluente através dos bolos de filtração. Tal como indicado na figura 1, o canal central encontra-se preenchido com biomassa o que dificulta a passagem do eluente por este canal. A tecnologia desenvolvida na presente invenção permite remover metais pesados tóxicos de efluentes aquosos e concentrar os mesmos 8 a 50 vezes numa nova fase aquosa de reduzido volume a baixo custo uma vez que a energia necessária é apenas necessária para as operações de bombagem das suspensões entre as várias peças de equipamento que constitui a invenção. Após a operação de eluição pode realizar-se a lavagem dos bolos no filtro prensa de placas com membrana (30) fazendo passar água de lavagem sequencialmente através dos bolos de filtração proveniente do tanque (11) . Após a lavagem, o filtro prensa com placas de membranas (30) é aberto e a biomassa descarregada no tanque de receção (13). Este tanque alimenta continuamente o transportador por parafuso sem fim ou transportador pneumático da biomassa (29) que recircula continuamente a biomassa ao reator contínuo com agitação mecânica (16). A elevada concentração de metais no eluente a saída do filtro prensa de placas com membrana (30) permite que estes possam ser recuperados de forma eficiente através de precipitação química, precipitação eletroquímíca, por extração por solventes ou por eletrólise. Esta operação de recuperação final do metal permite regenerar o eluente para ser utilizado novamente no processo de biossorção e eluição.

Equipamento e processo:

O processo e equipamento propostos na presente invenção permitem a remoção e recuperação de metais pesados de efluentes líquidos utilizando uma unidade integrada de biossorção, sedimentação floculação filtração e eluição constituída por bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e decantadores contínuos (17), (18), (19) e filtro de prensa com placas com membrana (30) caracterizadas por terem válvulas de controlo de fluxo do eluente (3) nas posições fechadas e abertas.

O processo compreende quatro etapas principais:

a) Biossorção de metais pesados utilizando como biomassa, engaços de uva secos moídos numa bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e decantadores contínuos (17), (18), (19) . Cada reator contínuo com agitação mecânica (14), (15), (16) tem acoplado um decantador contínuo (17), (18), (19);

b) separação dos engaços de uva secos moídos da fase liquida numa primeira fase por floculação e sedimentação realizada em decantadores contínuos (17), (18), (19) obtendo-se uma suspensão de engaços de uva secos moídos com 6 a 15% (m/m) de sólidos;

c)	Filtração	da suspensão	obtida	na etapa	a) ,	num
	filtro de	prensa de placas com	membrana	(30)	com
	válvulas	de controlo de	fluxo	do eluente	(3)	na
	posição aberta, formando	bolos de filtração	com	uma

concentração de sólidos entre 30 a 70% (m/m);

d) Eluição dos metais existentes nos engaços de uva secos e moídos, imobilizados sob a forma de bolos de filtração, em modo de transporte do eluente ativo ou passivo, fazendo passar o eluente de forma sequencial nos bolos de filtração utilizando a placa de filtração de topo com membrana (6), a placa de filtração interior com membrana (7), a placa de filtração de fundo com membrana (5) e as válvulas de controlo de fluxo do eluente (3) nas posições fechada e aberta.

Um dos elementos chave da presente invenção é a biomassa utilizada na biossorção dos metais pesados. São muitos os fatores que condicionam a escolha da biomassa e que se enumeram abaixo:

a) A biomassa deve ter elevada afinidade e capacidade máxima de saturação para com os metais pesados alvo.

b) Deve possuir uma cinética de biossorção rápida.

c) Deve ter elevada resistência química e mecânica para que possa ser reutilizada em vários ciclos de biossorção e eluição.

d) Deve permitir uma fácil separação sólida líquida, seja por sedimentação e floculação seja por filtração.

e) Os bolos de filtração devem ser porosos de forma a permitir o fluxo de eluente sem excessivas perdas de carga hidráulica.

f) Os metais pesados devem estar ligados reversivelmente à biomassa, permitindo que através de eluentes adequados seja possível regenerar a biomassa e obter uma eluato concentrado nos metais alvo.

g) Deve ser abundante e de baixo custo.

Atendendo aos condicionalismos anteriores desenvolveu-se a biomassa seguinte: Engaços de uva secos moídos com uma distribuição granulométrica cujo diâmetro médio de Sauter está compreendido entre os 5 μιη e 250 μιη.

Os engaços de uva são recolhidos frescos em adegas vitivinícolas lavados e secos por exposição solar direta ou em estufas sendo moídos em moinhos de martelos ou facas até à granulometria referida.

Os engaços de uva frescos armazenados no tanque de receção (13) dos bolos de filtração após eluição e lavagem com uma percentagem de sólidos compreendidos entre 65% a 75% são alimentados continuamente através de transportador por parafuso sem fim ou transportador pneumático da biomassa (29) ao último reator contínuo com agitação mecânica (16) da bateria do sistema reacional constituída pelos reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e pelos decantadores contínuos (17), (18) e (19).

Nesse reator continuo com agitação mecânica (16) entra a fase aquosa proveniente do decantador contínuo (18) . Após contacto sólido líquido sob agitação mecânica e com um tempo de residência da fase sólida compreendido entre 4 e 15 minutos a suspensão é encaminhada para o decantador contínuo (19), onde é realizada a separação sólido líquido. Pelo topo do decantador contínuo (19) sai o efluente tratado e na base do mesmo decantador contínuo (19) sai uma suspensão com uma percentagem de sólidos compreendidos entre 8 a 15% a qual vai ser transportada pela bomba de deslocamento positivo (22) para transporte da suspensão de biomassa entre os diferentes reatores e decantadores até ao reator contínuo com agitação mecânica (15) do sistema reacional. Esse mesmo reator contínuo com agitação mecânica (15) recebe a fase aquosa proveniente do decantador contínuo (17).

processo aqui descrito em contra corrente pode-se repetir para um número arbitrário de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e decantadores contínuos (17), (18) e (19). 0 Número de reatores é função da composição e concentração dos elementos metálicos presentes no efluente bem como da taxa de remoção de metais pesados que se pretende atingir. Para se aumentar a taxa de remoção de elementos metálicos de um efluente aumenta-se o número de reatores da bateria ou aumenta-se a concentração de biomassa nos reatores. No entanto, esta última alternativa provoca diluição dos elementos metálicos na biomassa e prejudica o factor de concentração final. A figura 2 apenas representa uma bateria com três reatores a título indicativo sem vincular a invenção ao número específico de reatores da bateria. No extremo oposto da bateria entra o efluente a tratar que provêm do tanque (8) de efluente com metais pesados e é alimentado ao reator continuo com agitação mecânica (14) através da bomba centrífuga de alimentação do efluente (20) à bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) . Na base do decantador contínuo (17) sai a suspensão de biomassa com 15 a 35% de sólidos que é alimentada ao filtro prensa de placas com membrana (30) através da bomba de deslocamento progressivo (23) para alimentação do filtro prensa de placas com membrana (30). No interior do filtro prensa de placas com membrana (30) realiza-se a separação sólido liquido com formação de bolos de filtração com uma percentagem de sólidos, compreendida entre 30 a 70%.

A eluição dos metais pesados existentes nos engaços de uva secos e moídos é realizada no interior do filtro prensa de placas com membranas (30) em modo sequencial ativo ou passivo. O eluente encontra-se armazenado no tanque de alimentação (9) de eluente ao filtro prensa de placas com membrana (30) e é introduzido no interior das câmaras de filtração utilizando uma bomba centrífuga (26) de alimentação do eluente e da água de lavagem ao filtro prensa de placas com membrana (30). Após eluição, o eluente com elevadas concentrações de metais, 8 a 50 vezes superiores às existentes no efluente inicial, é armazenado no tanque de receção (10). O tanque (11) de água de lavagem do bolo e o tanque de receção (12) da água de lavagem do bolo são utilizados para armazenar água de lavagem caso seja necessário lavar os bolos de filtração após a operação de eluição. Após a lavagem dos bolos a biomassa é recirculada ao reator contínuo com agitação (16) utilizando um transportar por parafuso sem fim, ou transportador pneumático da biomassa (29) .

Descrição das Figuras

A figura 1 representa uma vista explodida de três placas de filtração e dois bolos de filtração e exemplifica a eluição sequencial dos bolos de filtração, com a entrada de eluente fresco (1), saída de eluente carregado com metais pesados (2), válvulas de controlo de fluxo do eluente (3), a placa de filtração de fundo com membrana (5), placa de filtração de topo com membrana (6), placa de filtração interior com membrana (7) . 0 número de placas de filtração interior com membrana (7) representado é apenas exemplificativo podendo o processo decorrer com um número arbitrário de placas de filtração interiores com membrana (7) . Nesta figura está apenas representada uma placa de filtração interior com membrana (7), para efeitos exemplificativos.

Após formação dos bolos de filtração o canal central encontra-se cheio de sólidos com elevada resistência para a passagem de eluente.

Na Figura 2 apresenta-se o diagrama relativo ao processo, com tanque (8) de efluente com metais pesados, tanque de alimentação de eluente (9) ao filtro prensa de placas com membrana (30), tanque de receção (10) de eluente com metais pesados, tanque (11) de água de lavagem do bolo, tanque de receção (12) da água de lavagem do bolo, tanque de receção (13) dos bolos de filtração após eluição e lavagem, reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15) e (16), formando uma bateria de três reatores, decantadores contínuos (17), (18) e (19), bomba centrífuga de alimentação do efluente (20) à bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15) e (16), bombas de deslocamento positivo (21), (22) para transporte da suspensão de biomassa entre os diferentes reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15) e (16) e decantadores contínuos (17), (18), (19), bomba de deslocamento progressivo (23) para alimentação do filtro prensa de placas com membrana (30), bombas centrífugas (24), (25) para transporte da fase aquosa entre os diferentes reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15) e (16) e decantadores contínuos (17), (18), (19), bomba centrífuga de alimentação do eluente e da água de lavagem (26) ao filtro prensa de placas com membrana (30), bomba centrífuga de alta pressão (27) de circulação da água de compressão no interior das placas do filtro prensa de placas com membrana (30), transportadores por parafuso sem fim, ou transportadores pneumáticos da biomassa (28), (29) após lavagem do bolo de filtração, filtro prensa de placas com membrana (30), pistão hidráulico de alta pressão (32) para fecho do filtro prensa de placas com membrana (30), válvulas de três vias (33), (35), (36) que permitem alternarem entre a alimentação ao filtro do eluente ou da água de lavagem, válvula de saída do filtrado (37), fechada aquando das operações de eluição e lavagem do bolo e tanque de armazenamento (38) da água de compressão do bolo. O número de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15) e (16) e decantadores contínuos (17), (18) e (19) representado é apenas exemplificaiivo podendo o processo decorrer com um número arbitrário reatores contínuos com agitação mecânica (14) e decantadores contínuos (17).

Exemplos

Exemplo 1 - Remoção/recuperação de cobre de um efluente contendo 10 ppm de Cobre em solução aquosa.

Neste exemplo utilizou-se uma bateria de dois reatores contínuos com agitação mecânica (14) e (15) e dois decantadores contínuos (17) e (18) em contra corrente para tratar um efluente com 10 ppm de cobre (Cu²⁺) , pH=5 . Utilizaram-se engaços de uva secos e moídos com um diâmetro médio Sauter de 80 μιη numa concentração de 2gr/L para tratar 2,5m³ de efluente. O tempo de residência da biomassa nos reatores contínuos com agitação mecânica (14) e (15) foi de 5 minutos. Nesta primeira etapa a taxa de remoção de cobre do efluente foi de 98%. A operação de decantação nos decantadores 17 e 18 originou uma suspensão com 80gr/L de biomassa a qual foi transferida para um filtro prensa de placas com membrana (30). A operação de filtração ocorreu à pressão de 4 bar com as válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) totalmente abertas. Cada placa de filtração interior com membrana (7) tem uma superfície de filtração o

de 40x40 cm permitindo a formação de bolos com 4 cm de espessura. Foram utilizadas três placas de filtração interior com membrana (7) mais a placa de filtração de topo com membrana (6) e a placa de filtração de fundo com membrana (5) , as quais formaram quatro câmaras de filtração. A eluição foi realizada com 200 L de eluente constituído por uma solução com 1 Molar de Na₂SO4 e 0,1 Molar de Tricitrato de sódio dihidratado. As válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) foram fechadas de forma a permitir eluição sequencial e conforme descrição anterior. Foi utilizando o modo passivo de transporte do eluente, sendo a pressão de entrada do eluente de 300 mbar. O caudal de alimentação foi de 30L/h. Obteve-se uma concentração em globo do eluente de 280 ppm sendo a taxa de eluição de 95%. A lavagem dos bolos foi realizada com 20 L de água. Os bolos de filtração foram recirculados à bateria de dois reatores contínuos com agitação mecânica (14) e (15). Face à concentração inicial do efluente a tratar esta concentração em globo representa um fator de concentração de 28 vezes.

Exemplo 2 - Remoção/recuperação de cobre de um efluente contendo 50 ppm de Cobre em solução aquosa.

Neste exemplo utilizou-se uma bateria de três reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e três decantadores contínuos (17), (18), (19) em contra corrente

Ç I para tratar um efluente com 50 ppm de Cu , pH=4,5.

Utilizaram-se engaços de uva secos e moídos com um diâmetro médio Sauter de 80 μιη numa concentração de 4gr/l para tratar 2,5m³ de efluente. O tempo de residência da biomassa nos reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16) foi de 5 minutos. Nesta primeira etapa a taxa de remoção de cobre do efluente foi de 99%. A operação de decantação originou uma suspensão com 80gr/L de biomassa a qual foi transferida para um filtro prensa de placas com membrana (30). A operação de filtração ocorreu à pressão de 4,5 bar com as válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) totalmente abertas. Cada placa de filtração interior com membrana (7) tem uma superfície de filtração de 40x40 cm permitindo a formação de bolos com 4 cm de espessura. Foram utilizadas sete placas de filtração interior com membrana (7) mais uma placa de filtração de topo com membrana (6) e uma placa de filtração de fundo com membrana (5) que formaram oito câmaras de filtração. A eluição foi realizada com 250 L de eluente constituído por uma solução com 1 Molar de Na2SO4 e 0,1 Molar de tricitrato de sódio dihidratado. As válvulas de controlo de fluxo de eluente (3) foram fechadas de forma a permitir eluição sequencial conforme descrição anterior. Foi utilizado o modo ativo de transporte do eluente. Para o efeito, num primeiro passo foram introduzidos 2 L de eluente no filtro prensa de placas com membrana (30). Iniciou-se a compressão dos bolos através da dilatação das membranas das placas de filtração de topo com membrana (6). Esta compressão sequencial iniciou-se pela placa onde foi realizada alimentação do eluente. O tempo necessário para a compressão sequencial da totalidade das placas de filtração de fundo com membrana (5), placas de filtração de topo com membrana (6) e placas de filtração interior com membrana (7) foi de 5 minutos. Após a compressão das membranas de uma placa de filtração interior com membrana (7) numero n, com 2<n<9 diminuiu-se a pressão das membranas das placas de filtração interior com membrana (7) imediatamente anteriores n-1 e n-2 desta forma quando o eluente chegou ao bolo de filtração n+1 foi possível alimentar o bolo de filtração n-2 com eluente fresco e iniciar novo processo sequencial de transporte ativo. O processo repetiu-se até se ter introduzido 250 L de eluente. Obteve-se uma concentração em globo do eluente de 47 0 ppm sendo a taxa de eluição de 95%. A lavagem dos bolos foi realizada com 25 L de água, tendo sido utilizado o modo ativo de transporte da água de lavagem de forma análoga á descrita para a operação de eluição. Os bolos de filtração foram recirculados à bateria de reatores contínuos com agitação mecânica (14), (15), (16). Face à concentração inicial do efluente a tratar esta concentração em globo representa um fator de concentração de 9,4 vezes.

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Lisboa, 9 de Setembro de 2013

Claims

1— Elrooesso de remoção e recuperação de metais pesados de efluentes líquidos, caracterizado por ser integrado e compreender as seguintes etapas:

: a) biossorção de metais pesados por adição contínua de biomassa sob a fornia de engaços de uva secos moídos to último reator (.16) dá bateria de reatores que recebe também em con.tínuó· fase líquida contaminada com metais pesados do decantador (18; que está acoplado ao reator anterior (15) da bateria de reatores, formando-se uma suspensão de engaços de uva com metais bissorvidos que sai do reator (16) de forma continua e alimenta d decantãddr (19);

( b; separação dos engaços de uva secos moídos da suspensão obtida na etapa a) que alimenta o decantador (19) por flocu1ação e sedimentação, formando-se uma suspensão de engaços de uva secos moídos com 6 a 15% (mim) de sólidos, que alimenta em continuo o reator imediatamente anterior (15) na bateria de reatores: que por sua vez alimenta o decantador (1®) que ihé está associado formando-se, após separação, em continuo por floculaçâo e sedimentação, nova suspensão de engaços de uva secos moídos com 6 a 15% (m/m) que alimenta ó reator imediatamente anterior (14) e que por sua ver

alimenta o de e an radar (1 7 ) que 1 C j f i11ração da suspensão obtids i na etapa b;, no decantador (17'} , num f i 11 ro de prensa de placas s com membrana ( 30) com: válvulc :s de controlo: de flúxo do

eluente- (3), (4) , resultando da filtração a imobilização da blomassá através da formação de(bolos de filtração com uma concentração de sólidos entre 3Θ : d) eluição dos metais pesados existentes nós engaçto de uva secos e moídos, imobilizados scb a forma de bolos de filtração, num filtro de prensa de placas com membrana (30) com válvulas de controlo de fluxo do eluenté (3), (4), em modo de transporte da eluente ativo ou passivo, fatendo passar o eluenté de forma sequencial nos bolos de filtração utilizando a placa de filtração de fundo com membrana (5) , a placa de filtração: de topo com membrana (6) , as placas interiores de filtração com membrana (7), as válvulas de controlo de fluxo do eluente abertas (3) : e as válvulas de controlo de fluxo do eluente fechadas (4).

2- Processa de acordo com a reivindicação 1, carãoterizadd por os engaços de uvâ. senos moídos utilizados apresentarem, uma distribuição granulométrica cujo diâmetro medira de Sau ter está compreendido entre os 5 pm e 2 50 |im.

3- Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizãdo por as concentrações de engaços de uva: secos moídos suspensos na fase aquosa estarem compreendidas:entre 0,5 e 50 g/1 e com tempos de residência da biornassa em cada reator racmpreendídos^ entre

4 e 15 minutos: e per a alimentaçãò dc efluente ao processo ser feita no primeiro reator (14j da bateria de reatores sendo o fluxo de efluente: no processo em contracorrente relativamente ao fluxo dos engaços de uva secos moídos adicionados no último reator (16; da bateria de reatores.

Processo de acordo c-sB as reivindicações anteriores, caracterizado pela realização da eluição dos engaços de uva secos mcídos imobilizados·: através de uík eluénte, constituído: por uma soiuçãc de sulfato de sedio numa concentração compreendida entre 0 e 1 Molar em Sulfato de Sâdíe e_: por um agente eõrtplexante, o tricitrato de sódio dihtdratado, numa concentração cômpreendidá entre 0,01 e I Molar.

5- Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por eluição sequencial dos bolos de filtração e modo de transporte passivo do eluente .através da abertura das válvulas de controlo de fluxo do eluente situadas no topo de cada placa (4) e fecho das restantes válvulas de controlo: de fluxo do eluente, tendo o eluente um fluxo sequencial de direção e sentido únicos através de todos os_:bolos de filtração:.

6- Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por utilizar o modo de transporte ativo do eluente com compressão sequencial das membranas de filtração bem como a abertura e feche· sequencial e alternado das válvulas de controlo de fluxo do eluente (3), (4) de cada placa com a eluição sequencial dos bolos de filtração,

7- Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterirado pela recirculação dos engaços de uva secos moídos eluídos e regenerados ã bateria de reatores oentinuos com agitação mecânica (14), (15), (16) e decantadores c o n t 1 n u os (17 ) , (' 18;·, (19 ) .

8- Utilização do: processo definido nas reivindicações 1 a 7 caracterizado per ser aplicado:

a) ao seter industrial mineiro, no tratamento das águas das barragens de rejeitados mineiros; e

b) no tratamento de efluentes provehiéntes dá indústria do tratamento de superfícies metálicas; e

c) no tratamento de cursos de água, poluídos por fontes difusas de metais pesados.