PT1613556E - Instalação de tratamento de águas por flotação - Google Patents
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Description
ΕΡ 1 613 556 /PT
DESCRIÇÃO "Instalação de tratamento de águas por flotação" A presente invenção refere-se a uma instalação de tratamento de águas compreendendo uma célula de flotação na qual é admitida a água bruta, previamente floculada e depois misturada à água pressurizada e descomprimida de forma que as matérias em suspensão contidas na água bruta sejam conduzidas pelas micro-bolhas resultantes da referida descompressão e evacuadas na superfície do liquido contido na célula, sendo a água tratada evacuada pelo fundo da dita célula.
Conhece-se (EP-A-0659690) uma instalação do tipo mencionada acima que compreende uma zona de floculação, uma zona de mistura da água bruta floculada, numa corrente ascendente, com água pressurizada distribuída por um sistema de pressurização-descompressão e uma zona de flotação na parte superior da qual são evacuadas as matérias em suspensão contidas na água bruta e conduzidas para a superfície pelas micro-bolhas, estando esta zona de flotação munida na sua parte inferior de um dispositivo de recolha perfurado (por exemplo, base intermédia com ou sem bicos, colectores, etc.) de maneira que toda a superfície da zona de flotação apresenta um fluxo de escoamento uniforme e idêntico do líquido clarificado.
Neste estado anterior da arte, as perfurações previstas no dispositivo de recolha apresentam dimensões mais pequenas na extremidade final da zona de flotação (quer dizer, na extremidade através da qual se efectua a saída do líquido clarificado) do que na extremidade inicial (através da qual é introduzida a água bruta a tratar) ou os intervalos que separam as perfurações aumentam da extremidade inicial para a extremidade final. Graças a esta repartição heterogénea das perfurações, que provoca uma dissimetria ao nível do dispositivo de recolha, a resistência ao fluxo produzida por este dispositivo de recolha da zona de flotação é maior na extremidade final desta zona do que na sua extremidade inicial e a resistência ao fluxo diminui em direcção à extremidade inicial da dita zona. Assim, toda a superfície da zona de flotação é atravessada por um fluxo idêntico e 2
ΕΡ 1 613 556 /PT uniforme da água a tratar.
Uma característica deste tipo de instalação reside na formação de um leito espesso de micro-bolhas graças ao qual a floculação se efectua em dois estádios, inicialmente na zona de floculação, depois na zona de flotação, no seio do leito de micro-bolhas, graças à grande massa de contacto devida às micro-bolhas que assegura, além disso, a separação por flotação das matérias em suspensão. Efectua-se assim o que se convencionou chamar uma floculação turbulenta: o leito de bolhas permite i) incrementar a velocidade de tratamento e ii) melhorar a floculação e a captação das partículas floculadas.
Nestas instalações de acordo com o estado anterior da arte e assim que a velocidade de tratamento é aumentada ou quando a água bruta a tratar está muito fria a utilização de uma célula de flotação de acordo com a EP-A-0659690 conduz ao arrastamento de bolhas na água tratada. A alta velocidade a presença destas bolhas contribui para um aumento da turbidez na saída da célula de flotação. A este inconveniente acrescenta-se o resultante da presença de uma grande quantidade de bolhas na saída da célula de flotação, que pode implicar uma diminuição do rendimento de um filtro situado a jusante (por exemplo de areia/antracite) quando a instalação se destina à produção de água potável. A presente invenção impôs como objectivo aperfeiçoar as instalações de tratamento de águas por flotação de acordo o estado anterior da técnica mencionada acima, com vista a resolver os problemas relativos aos tratamentos de águas a grande velocidade e/ou a temperatura muito baixa.
Em consequência, a presente invenção tem por objecto uma instalação de tratamento de águas por flotação compreendendo um equipamento de flotação constituído por uma célula de flotação para dentro da qual é conduzida a água bruta floculada e misturada com micro-bolhas produzidas por um sistema de pressurização-descompressão, estando esta célula munida de um dispositivo de recolha perfurado, concebido de forma a que a superfície da célula de flotação seja atravessada por um fluxo idêntico e uniforme da água a 3
ΕΡ 1 613 556 /PT tratar, sendo esta instalação caracterizada por compreender módulos de captação (do tipo "módulo lamelar" ou "módulos de transferência" de fluxos hidráulicos paralelos ou cruzados) dispostos na célula de flotação de maneira que a sua parte inferior esteja situada a uma distância do dispositivo de recolha perfurado sendo esta distância determinada de forma a evitar qualquer perturbação da distribuição uniforme estabelecida pelo dito dispositivo de recolha.
De acordo com a invenção, a distância que separa a superfície do dispositivo de recolha da parte inferior dos módulos de captação é, nomeadamente, função da geometria do flotador, do débito de passagem e da temperatura da água bruta a tratar.
Segundo um modo de realização preferido da presente invenção esta distância está compreendida entre 0,05 metro e 1 metro, de preferência, entre 0,15 e 0,60 metro.
Conhecem-se instalações de flotação compreendendo módulos lamelares. Assim, em WO 97/20775 descreve-se um aparelho de flotação compreendendo uma base sobre a qual estão dispostos módulos lamelares a fim de aumentar a velocidade na célula de flotação. Nesta técnica anterior, é necessário ter uma repartição homogénea das aberturas previstas na base e, para além disso, os módulos lamelares estarem solidários com esta base. Também em WO 00/43320 encontramos uma disposição similar na qual a base da célula de flotação, que é fixa ou rotativa, está solidária com os módulos lamelares.
Tal como mencionado acima, em EP-A-0659690 utiliza-se um dispositivo de recolha, na célula de flotação, cujas perfurações são realizadas e dispostas de maneira a efectuar uma dissimetria ao nível deste dispositivo de recolha permitindo obter um fluxo idêntico e uniforme da água a tratar em toda a superfície da célula de flotação. A presente titular constatou, de uma forma completamente inesperada para o perito na especialidade, que este fluxo idêntico e uniforme em toda a superfície da célula de flotação não era perturbado pela presença de módulos de captação com a condição que estes últimos estejam posicionados a uma certa distância do 4
ΕΡ 1 613 556 /PT dispositivo de recolha perfurado.
Outras caracteristicas e vantagens da presente invenção sobressairão da descrição feita adiante com referência aos desenhos anexos que ilustram exemplos de realização desprovidos de qualquer carácter limitativo. Nos desenhos: A figura 1 é uma vista esquemática em corte vertical longitudinal de um equipamento de flotação de acordo com um exemplo de realização da presente invenção, munido de módulos lamelares de fluxos paralelos; A figura 2 é uma vista em plano de figura 1 na qual se representou apenas uma metade da superfície coberta pelos módulos; A figura 3 é uma vista semelhante à figura 1 que ilustra um outro exemplo de realização da invenção utilizando módulos de transferência de fluxos cruzados; e A figura 4 é uma vista esquemática que ilustra o princípio de funcionamento de um módulo de transferência de fluxos cruzados utilizado no modo de realização ilustrado pela figura 3.
Referimo-nos em primeiro lugar às figuras 1 e 2 nas quais representámos uma célula de flotação de acordo com EP-A-0659690 e aperfeiçoada de acordo com a presente invenção.
Esta célula de flotação, designada no seu conjunto pela referência 10, recebe água bruta misturada com água pressurizada distribuída por um sistema de pressurização-descompressão esquematizado em 11. As matérias em suspensão, contidas na água bruta e levadas para a superfície pelas micro-bolhas produzidas pelo sistema de pressurização-descompressão 11, são evacuadas na parte superior da célula 10 através de uma boca de descarga 12. Na sua parte inferior a célula compreende um sistema de recolha da água tratada que é constituído por um dispositivo de recolha 13 munido de perfurações. Tal como mencionámos acima, estas perfurações apresentam dimensões mais pequenas na extremidade final da célula 10 do que na sua extremidade inicial, ou os intervalos que separam as perfurações aumentam da extremidade inicial para a extremidade final, efectuando esta disposição uma 5
ΕΡ 1 613 556 /PT dissimetria ao nível do dispositivo de recolha 13 que assegura um fluxo idêntico e uniforme sobre toda a superfície da célula de flotação.
De acordo com a presente invenção, esta célula está munida de meios de captação que estão dispostos acima do dispositivo de recolha perfurado 13 e cuja parte inferior está situada a uma certa distância deste dispositivo, sendo esta distância determinada de forma a evitar qualquer perturbação da distribuição uniforme da água a tratar estabelecida pelo dispositivo de recolha perfurado.
No exemplo de realização ilustrado pelas figuras 1 e 2, estes meios de captação são realizados sob a forma de módulos de captação 14, de lâminas ou de tubos paralelos, bem conhecidos do perito na especialidade. Por exemplo, estes módulos podem ser do tipo descritos em WO 97/20775 e apresentar um perfil tubular, hexagonal ou outro e uma orientação, por exemplo, de 60° em relação à horizontal. Estes módulos de captação dirigem o fluxo a tratar num sentido preciso.
Na figura 2, representou-se somente uma metade da superfície coberta pelos módulos 14. A distância h que separa a superfície do dispositivo de recolha 13 da parte inferior dos módulos de captação 14 está em função da geometria do flotador, do débito de passagem e da temperatura da água a tratar. A título de exemplo, pode-se indicar que esta distância pode estar compreendida entre 0,05 metro e 1 metro e, de preferência, entre 0,15 metro e 0,60 metro. A altura E (ou espessura) dos módulos 14 é escolhida em função da velocidade de funcionamento e da "superfície projectada" dos módulos de captação. Esta altura pode variar entre 0,10 e 1 metro, de preferência entre 0,2 e 0,70 metro. Com vista a obter um corte correcto, tendo em vista as aplicações e as velocidades pretendidas (da ordem dos 20 m/h aos 60 m/h) a superfície projectada dos módulos (quer dizer, a superfície activa da zona de captação também designada zona de separação/acumulação), estará compreendida entre 2 e 20 m2 6
ΕΡ 1 613 556 /PT por m2 de superfície de flotador equipado com módulos.
No modo de realização ilustrado pelas figuras 3 e 4, os meios de captação são realizados sob a forma de módulos de transferência 15, sendo a realização contudo idêntica à ilustrada pelas figuras 1 e 2. Tais módulos de transferência, geralmente de fluxos não rectilíneos, foram representados de forma esquemática na figura 4. Pode-se nomeadamente utilizar módulos "Brentwood CF" ou "Munters FB 10", habitualmente utilizados para o melhoramento das transferências gás-líquido, a separação de óleos/água, etc... . Como se vê na figura 4, eles permitem combinar dois sentidos de circulação da água a tratar o que aumenta a turbulência nos módulos e favorece a coalescência das micro-bolhas.
Damos a seguir exemplos comparativos de execução que permitem fazer sobressair as vantagens e efeitos técnicos trazidos pela presente invenção relativamente ao estado anterior da técnica.
Exemplo 1
Realizaram-se ensaios num equipamento de tratamento de águas brutas de acordo com a ep-a-0 659 690. Estes ensaios foram realizados a alta velocidade (40 m3/m2.h) em água fria, quer dizer, a uma temperatura de 0,1 a 1,0°C. Quando destes ensaios constatou-se um arrastamento significativo das bolhas de ar ao longo do dispositivo de recolha da célula de flotação, o que é claramente indesejável. A quantidade de ar arrastado com a água tratada colocava o problema ao nível da filtração ulterior desta água num filtro areia/antracite. A duração do ciclo de filtração era muito reduzida devido à quantidade elevada de bolhas de ar provocando embolias gasosas no meio filtrante o que tem por efeito aumentar a perda de carga do filtro e de diminuir os seus rendimentos. A presença de bolhas de ar na água tratada, na célula de flotação, a alta velocidade tem igualmente como efeito secundário arrastar matérias sólidas em suspensão, o que aumenta a turbidez da água tratada. Esta perda de rendimento da instalação é igualmente indesejável dado que um aumento da turbidez pode igualmente implicar uma redução do ciclo de 7
ΕΡ 1 613 556 /PT filtração, num filtro situado a jusante.
Utilizando esta instalação conhecida obtiveram-se os rendimentos resumidos no Quadro seguinte:
Velocidade de flotação Temperatura da água (°C) Turbidez Saída da Célula (NTU) Velocidade do filtro (m/h) Duração de filtração (horas) 40 0,2 2,5 10 12
Os resultados destes ensaios confirmaram que esta instalação não era apropriada para o tratamento de águas nas condições acima descritas.
Exemplo 2
Numa água de características idênticas realizou-se um outro ensaio com a mesma instalação de acordo com EP-A-0659690, munida de módulos lamelares, constituídos por placas paralelas (apresentando uma altura de 30 cm e inclinadas 60° em relação à horizontal) e coladas ao dispositivo de recolha da célula de flotação. Estes ensaios deram muito maus resultados traduzindo-se por um aumento notável da turbidez da água e da densidade das bolhas de ar à saída da célula de flotação. Concluiu-se que a presença de um dispositivo de recolha perfurado com uma distribuição dissimétrica dos orifícios de saída da água, não era compatível com a utilização de módulos lamelares de decantação cuja superfície inferior repousa directamente na superfície deste dispositivo de recolha.
Esta disposição não permite obter um fluxo idêntico e uniforme em toda a superfície do tanque de flotação, sendo esta característica primordial para a obtenção de uma flotação eficaz a alta velocidade.
Estes ensaios revelaram uma diminuição da qualidade da água. O quadro seguinte resume os resultados obtidos através da utilização desta instalação. 8
ΕΡ 1 613 556 /PT
Velocidade de flotação m3/h/m2 Temperatura da água (°C) Turbidez Saída da Célula (NTU) Velocidade do filtro (m/h) Duração de filtração (horas) 40 0,3 4,5 10 6
Os resultados deste ensaio confirmam que esta configuração de instalação não é apropriada.
Exemplo 3 (invenção)
Novamente nas mesmas condições de tratamento e com as mesmas caracteristicas de água, efectuaram-se ensaios com o auxilio da instalação descrita no Exemplo 2, consistindo a única modificação em posicionar a parte inferior dos módulos lamelares a 30 cm acima do dispositivo de recolha, em conformidade com as figuras 1 e 2. Os ensaios permitiram obter resultados muito superiores aos esperados. À saída dos módulos lamelares, a concentração de bolhas de ar na água foi fortemente reduzida graças à captação e à coalescência destas bolhas nas lamelas. Além disso, uma determinada quantidade de matérias em suspensão foi captada pelas lamelas e bolhas coalescidas.
Obteve-se assim uma diminuição da turbidez assim como uma diminuição da quantidade de ar arrastado. Os resultados obtidos quando destes ensaios estão resumidos no quadro seguinte:
Velocidade de flotação m3/h/m2 Temperatura da água (°C) Turbidez Saída da Célula (NTU) Velocidade do filtro (m/h) Duração de filtração (horas) 40 0, 2 1,0 10 18
Notar-se-á que a turbidez da água tratada é de 1 NTU, comparativamente com os valores de 2,5 e 4 NTU obtidos nos exemplos 1 e 2; da mesma forma, a duração de filtração (antes da colmatação do filtro a jusante) é aqui de 18 horas, em vez de 12 e 6 horas nos Exemplos 1 e 2. 9
ΕΡ 1 613 556 /PT
Exemplo 4 (invenção)
Efectuaram-se ensaios com o auxílio da instalação descrita acima, com referência às figuras 3 e 4, quer dizer uma instalação na qual a célula de flotação está equipada com módulos de transferência cuja parte inferior está situada a 30 cm acima do nível do dispositivo de recolha perfurado. Estes ensaios deram excelentes resultados: constatou-se uma enorme diminuição da quantidade de ar arrastado na água tratada, o que melhora significativamente o desempenho da instalação. O quadro seguinte resume os resultados obtidos quando destes ensaios:
Velocidade de Temperatura Turbidez Velocidade Duração de flotação da água Saída da do filtro filtração m3/h/m2 (°C) Célula (NTU) (m/h) (horas) 40 0,4 0,4 10 32 A leitura dos quadros correspondentes aos Exemplos 3 e 4 confirma a excelência dos resultados obtidos pela utilização da invenção relativamente às instalações de acordo com o estado anterior da arte (Exemplos 1 e 2). Convém mencionar igualmente que, no quadro dos ensaios do Exemplo 4, puderam realizar-se velocidades de tratamento da ordem dos 60 m3/h/m2 sem comprometer o nível de turbidez da água tratada na saída da célula de flotação e assegurando um funcionamento satisfatório do filtro areia/antracite disposto a jusante da célula de flotação.
Lisboa
Claims (8)
- ΕΡ 1 613 556 /PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Instalação de tratamento de águas por flotação, que compreende um equipamento de flotação constituído por uma célula de flotação (10) para dentro da qual é conduzida a água bruta floculada e misturada com micro-bolhas produzidas por um sistema de pressurização-descompressão (11), módulos de captação (14,15) dispostos na célula de flotação, a qual está munida de um dispositivo de recolha (13) munido de perfurações, caracterizado por as perfurações do dispositivo de recolha (13) apresentarem dimensões mais pequenas na extremidade final da célula (10) do que na sua extremidade inicial, ou os intervalos que separam as perfurações aumentam da extremidade inicial para a extremidade final, realizando esta disposição uma dissimetria ao nível do dispositivo de recolha (13) que assegura um fluxo idêntico e uniforme sobre toda a superfície da célula de flotação, e por os módulos de captação estarem dispostos de maneira a que a sua parte inferior esteja situada a uma distância (h) do dispositivo de recolha perfurado (13), sendo esta distância determinada de forma a evitar qualquer perturbação da distribuição uniforme estabelecida pelo dispositivo de recolha perfurado.
- 2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a distância (h) que separa a superfície do dispositivo de recolha (13) da parte inferior dos módulos de captura (14,15) ser nomeadamente função da geometria do flotador, do débito que a atravessa e da temperatura da água a tratar.
- 3. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por a distância (h) que separa a superfície do dispositivo de recolha (13) da parte inferior dos módulos de captura (14,15) estar compreendida entre 0,05 e 1 metro, preferivelmente entre 0,15 e 0,60 metro.
- 4. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a altura ou espessura (E) dos módulos de captura (14,15) ser determinada em função da velocidade de funcionamento e da superfície projectada dos ditos módulos de captação.
- ΕΡ 1 613 556 /PT 2/2 5. instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a dita altura ou espessura (E) estar compreendida entre 0,10 e 1 metro, de preferência, entre 0,2 e 0,70 metro.
- 6. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a superfície projectada dos módulos de captação, ou seja, a superfície activa da zona de separação/acumulação, estar compreendida entre 2 e 20 m2 por m2 de superfície de flotador equipada com módulos.
- 7. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por os módulos de captação serem do tipo lamelar, nomeadamente de placas paralelas (14), de perfil tubular ou hexagonal, de fluxos directos ou cruzados.
- 8. Instalação de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizada por os módulos de captação serem do tipo módulos de transferência (15), em geral de fluxo não rectilíneo e garantindo dois sentidos de circulação da água a tratar. Lisboa
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