PT2061582E - Processo e instalação para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, em particular, água potável ou águas residuais - Google Patents

Description

ΕΡ 2 061 582/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Processo e instalação para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, em particular, água potável ou águas residuais" O invento refere-se a um processo para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, em particular, água potável ou águas residuais, para o seu tratamento pelo ozono.

Em FR 2 762 232 é descrito um processo e um dispositivo para pôr em contacto o ozono em líquidos, nomeadamente água, de acordo com o qual é produzida e enviada uma mistura bifásica do escoamento do líquido a tratar e de um gás carregado de ozono para um aparelho de dissolução de ozono no líquido, tal como um tubo em U. Ainda que este processo dê resultados interessantes, o mesmo não permite regular bem a mistura bifásica de água e gás, uma vez que o débito do escoamento de líquido a tratar, no qual se efectua a injecção de gás, é variável. Por outro lado, as condições de mistura do líquido a tratar e do gás carregado de ozono não asseguram o controlo do diâmetro das bolhas de gás na entrada do aparelho de dissolução. Além disso, o mecanismo para implementar este processo necessita de trabalhos de engenharia civil grandes e caros.

Em EP 0 086 019 é também referido um processo e um dispositivo para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido a tratar. De acordo com este documento, se deriva uma fracção do escoamento de líquido, se injecta no escoamento derivado um gás portador, ar e/ou oxigénio, carregado de ozono com a formação de bolhas gás, se misturam as bolhas de gás e o líquido para formar um escoamento bifásico, e se reintroduz o escoamento derivado numa corrente vertical descendente do escoamento principal de líquido. Esta corrente vertical é sujeita na parte baixa a uma mudança de direcção sensivelmente horizontal. A reintrodução do escoamento derivado efectua-se na extremidade inferior de um tubo de injecção, que mergulha na corrente vertical descendente do escoamento principal. Este dispositivo necessita também importantes trabalhos de engenharia civil para realizar um tanque cilíndrico, que inclui na parte alta uma placa de 2 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ escoamento com um espaço livre, que constitui um andar de desgaseificação e criando uma interrupção da corrente de liquido entre a parte baixa do tanque e a parte alta. A corrente descendente é reformada na parte baixa. Uma proporção não negligenciável de bolhas sobe à superfície do líquido que se encontra na parte baixa do tanque e evacua-se para o andar de desgaseificação e, em seguida, para o exterior, de modo que o rendimento de dissolução do ozono se encontra diminuído.

Um processo e um dispositivo semelhantes estão expostos ainda no documento US-A-6001247. O invento tem por objectivo, sobretudo, fornecer um processo para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, o qual permite melhorar sensivelmente o rendimento de dissolução do ozono no líquido a tratar. O invento tem também por objectivo propor um processo, o qual para a sua implantação não necessita de grandes trabalhos de engenharia civil específicos e, de preferência, permite utilizar instalações já existentes para a recolha e/ou a evacuação água potável ou águas residuais.

De acordo com o invento, um processo para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, em particular, água potável ou águas residuais, tendo em vista o seu tratamento com ozono, processo pelo qual se deriva uma fracção do escoamento de líquido, se injecta no escoamento derivado um gás portador, ar e/ou oxigénio, carregado de ozono, com a formação de bolhas do gás, se misturam as bolhas de gás e o líquido para formar um escoamento derivado bifásico, e se reintroduz o escoamento derivado numa corrente vertical descendente do escoamento principal, sendo esta corrente sujeita na parte baixa a uma mudança de sentido sensivelmente na horizontal, sendo a reintrodução do escoamento derivado efectuada na extremidade inferior de um tubo de injecção que mergulha no escoamento principal, é caracterizado por: - a corrente vertical descendente formar uma coluna contínua de líquido, 3

ΕΡ 2 061 582/PT - assegurar-se uma mistura estática no tubo de injecção até à vizinhança da sua saída, para manter o diâmetro das bolhas inferior a um valor predeterminado, e - a reintrodução do escoamento derivado bifásico na corrente vertical descendente ser realizada na forma de, pelo menos, um jacto, que apresenta um componente de velocidade vertical para baixo, tendo esta reintrodução lugar a uma altura de líquido e com um componente de velocidade vertical para baixo suficiente para que as bolhas de gás sejam arrastadas para baixo, sem voltarem a subir.

De preferência, a reintrodução do escoamento derivado bifásico no escoamento principal é feita em co-corrente com a forma de um jacto dirigido verticalmente para baixo, desde uma altura suficiente acima da mudança de sentido, para que o jacto se espalhe por toda Ia secção horizontal da corrente vertical descendente. Vantajosamente, o jacto de reintrodução do escoamento derivado é de um jacto livre. A metade do ângulo de abertura do jacto é, geralmente, de 15° a 20°. O débito do escoamento derivado é mantido sensivelmente constante, qualquer que seja a variação do débito de um escoamento principal, sendo o valor do débito do escoamento derivado escolhido para aceitar a dose de ozono necessária para assegurar débito máximo do escoamento principal.

De preferência, o componente vertical descendente da velocidade do escoamento bifásico na saída do tubo de injecção é maior do que 3 m/s. A reintrodução do escoamento bifásico é efectuada a uma altura de líquido de 10 metro. O diâmetro das bolhas na saída do tubo de injecção é inferior 5 mm, de preferência, inferior ou igual a 2 mm. A corrente vertical descendente pode estar situada numa conduta vertical de escoamento de líquido, a qual está ligada na sua extremidade inferior a uma conduta sensivelmente horizontal. Esta conduta horizontal pode ser ligada a um conduta ascendente vertical, ou desembocar numa represa receptora, por exemplo, rio ou lago. 4

ΕΡ 2 061 582/PT Ο invento refere-se igualmente a uma instalação para a execução do processo descrito acima.

Uma tal instalação inclui um canal de chegada do liquido a tratar, uma conduta vertical descendente, que forma poços no sentido da extremidade do canal de chegada, ligando-se conduta descendente, na parte baixa, a uma conduta sensivelmente horizontal, estando previstos meios de bombagem para elevar uma fracção derivada do escoamento a montante da conduta vertical descendente e para dirigir o escoamento derivado para um conjunto de mistura, que recebe um gás, ar e/ou oxigénio carregado de ozono, sendo esta instalação caracterizada por: - o conjunto de mistura estar disposto na parte alta de um tubo de injecção vertical, que se prolonga para baixo na conduta vertical, a qual está livre de qualquer obstáculo, de modo que a corrente vertical descendente forma uma coluna continua de liquido, - o tubo de injecção vertical incluir, na proximidade da sua extremidade inferior, um misturador estático para manter o diâmetro das bolhas inferior a um valor predeterminado, e a sua extremidade inferior inclui, pelo menos, uma abertura para assegurar a reintrodução do escoamento derivado bifásico na corrente vertical descendente, com a forma de, pelo menos, um jacto, que apresenta um componente de velocidade vertical para baixo, estando o comprimento do tubo de injecção e da abertura de saida do jacto previstos para que a reintrodução tenha lugar a uma altura de liquido e com um componente de velocidade vertical para baixo suficientes para que as bolhas de gás sejam arrastadas para baixo, sem voltarem a subir.

De preferência, o misturador estático encontra-se a menos de 50 cm da dita extremidade inferior do tubo de injecção.

De preferência, a abertura de injecção do tubo está dirigida para baixo e a reintrodução do escoamento derivado 5

ΕΡ 2 061 582/PT bifásico no escoamento principal é realizada em co-corrente com a forma de um jacto, dirigido verticalmente para baixo desde uma altura suficiente acima da mudança de direcção, para que o jacto se espalhe por toda a secção transversal da corrente vertical descendente. Vantajosamente, o tubo de injecção está aberto segundo toda a sua secção transversal inferior e o jacto de reintrodução do escoamento derivado é um jacto livre. Vários misturadores estáticos estão, em geral, distribuídos no tubo de injecção. Estes misturadores estáticos podem ser instalados de maneira desmontável. Cada misturador estático pode ser tipo labirinto, formado por placas inclinadas no sentido oposto, dispostas em mangas cilíndricas. A instalação inclui meios para manter o débito do escoamento derivado sensivelmente constante, qualquer que seja a variação do débito do escoamento principal, sendo o valor do débito do escoamento derivado escolhido para aceitar a dose de ozono necessária ao tratamento do débito máximo do escoamento principal. O comprimento da parte do tubo de injecção que mergulha na coluna de líquido é de, pelo menos, 10 metros. A conduta vertical descendente é, vantajosamente, constituída por uma parte da estrutura já existente, incluindo nomeadamente um emissário de águas residuais ou um abastecimento de água potável, o qual se prolonga por uma conduta horizontal, ascendendo por uma outra conduta vertical ascendente. De acordo com uma outra possibilidade, a conduta horizontal desemboca num rio ou num lago, ou numa represa de retenção de águas. O invento consiste, para além das disposições expostas acima, num certo número de outras disposições que serão descritas a seguir, mais especificamente em ligação com os exemplos de realização descritos com referência aos desenhos anexos, mas os quais não são de qualquer forma limitativos. Nestes desenhos: 6

ΕΡ 2 061 582/PT a FIG. 1 é um corte vertical esquemático de uma instalação que executa o processo do invento; a FIG. 2 é um corte vertical numa escala maior de uma parte da instalação parecida com a da FIG. 1, estando o esquema da FIG. 2 rodado de 180° em torno de um eixo vertical em relação ao da FIG. 1; a FIG. 3 é uma curva, que ilustra a variação da velocidade ascensional, indicada nas ordenadas, de uma bolha de gás na água, estando o diâmetro da bolha indicado nas abcissas; a FIG. 4 é uma vista em corte esquemática numa escala maior de um tubo de injecção de acordo com o invento; a FIG. 5 é uma vista esquemática em perspectiva numa maior escala de um exemplo de um misturador estático com labirintos; a FIG. 6 é um corte horizontal do tubo de injecção; e a FIG. 7 é um corte vertical esquemático de uma variante da instalação de acordo com o invento.

Referindo os desenhos, nomeadamente as FIGS. 1 e 2, pode-se ver uma instalação para a execução de um processo de acordo com o invento para pôr em contacto o ozono com um liquido a tratar. No exemplo representado, o liquido é constituído por uma água residual, urbana ou industrial, que chega de acordo com um escoamento principal 1, ao canal 2, fechado ou aberto, com uma ligeira inclinação para permitir o escoamento por gravidade. O canal 2, no sentido da sua extremidade, abre-se por cima de uma conduta vertical descendente 3, que forma poços. A conduta vertical descendente 3 está livre de qualquer obstáculo na sua secção transversal, de modo que a corrente vertical descendente 3a forma uma coluna contínua de líquido. A conduta 3 liga-se, na sua parte inferior, a uma conduta sensivelmente horizontal 4, com ligeira inclinação para favorecer o escoamento. A corrente de líquido é assim 7 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ sujeita a uma mudança de direcção de 90°. De acordo com o esquema da FIG. 1, a conduta 4 liga-se na sua extremidade a jusante a uma conduta vertical ascendente 5, a qual desemboca na parte alta num canal 6, numa fechado ou aberto ao ar, ligeiramente inclinada em relação à horizontal. A titulo de exemplo não limitativo, o débito do escoamento principal 1 pode ser superior a 20 m3/s. A altura da conduta vertical 3 pode ultrapassar 50 metros, de modo que a conduta horizontal 4 se encontra a uma profundidade de cerca de 50 m abaixo do nivel S do solo. O diâmetro dos tubos 3, 4 e 5 está adaptado ao débito do liquido a evacuar e pode ser da ordem de vários metros, nomeadamente cerca de 6 metro. O conjunto dos tubos 3, 4, 5 forma uma espécie de U, sendo precisado que o comprimento da conduta horizontal 4 pode ser grande, por exemplo, de vários quilómetros.

Deve ser igualmente notado que o equipamento dos canais 2, 6, e das condutas 3, 4 e 5 corresponde a uma instalação já existente para a evacuação das águas residuais. De acordo com uma outra possibilidade, este equipamento pode corresponder a um abastecimento de água potável.

Para o tratamento pelo ozono com o processo de acordo com o invento, a instalação inclui, pelo menos, um gerador de ozono 7, alimentado por um gás portador 8, constituído por ar seco ou oxigénio ou uma mistura de ar e oxigénio, produzindo na saída 9 um gás portador rico em ozono com a pressão relativa, nomeadamente, de cerca de 1,5 bar.

Um escoamento parcial 10 do líquido a tratar é extraído do escoamento principal 1 por uma bomba 11, se necessário através de um filtro 12. A proporção de escoamento extraído pode ser cerca de 5% do escoamento principal, no entanto, estar compreendida entre 1% e 40%, de preferência entre 5% e 20%. A bomba de 11 pode ser submersa, como mostrado na FIG. 2. A bomba de 11 debita o escoamento parcial numa conduta 13, ligada a um elemento de mistura 14 de escoamento derivado de líquido 10 e gás rico em ozono que chega pela conduta 9, que liga ao elemento 14. O elemento de mistura 14 está disposto na parte alta de um aparelho 15 de dissolução de ozono e do 8 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ seu gás portador no líquido, funcionando este aparelho 15 de acordo com o princípio de "mistura estática". O aparelho 15 compreende um tubo de injecção cilíndrico 16 (FIG. 2), o qual se prolonga na conduta 3, de modo sensivelmente coaxial. A extremidade inferior do tubo 16 está situada a um profundidade H, abaixo do nível do líquido no canal 1, suficiente para criar uma pressão hidrostática de ordem de 1 bar ou menos. Esta altura H, a qual corresponde ao comprimento do tubo que mergulha no líquido é cerca de 10 m ou menos. O tubo 16 atravessa o canal 2 para mergulhar na conduta 3, estando a parte alta do tubo 16 situada acima do nível da água no canal 1.

Como é visível na FIG. 2, o elemento de mistura 14 inclui um cotovelo de 17, de ligação da conduta horizontal 13 de descarga da bomba Íleo tubo vertical 16. Este cotovelo 17 é atravessado por um colector vertical 18, coaxial em relação ao tubo 16, ligado à parte superior da conduta 9 de chegada de gás rico em ozono. A parte inferior do colector 18 está localizada no tubo 16 e fechada axialmente por uma parede que inclui orifícios de passagem de gás, estando tais orifícios igualmente previstos na parede cilíndrica do colector. Como variante, o elemento de mistura 14 pode ser constituído por um hidro-ejector. O tubo 16 inclui interiormente, por debaixo do elemento de mistura 14, vários misturadores estáticos 19 (ver a FIG. 4), de preferência com labirintos, distribuídos, de maneira desmontável, ao longo do comprimento do tubo. O último misturador estático 19i para baixo (FIG. 4) está situado próximo da extremidade baixa do tubo 16. A distância d entre a extremidade baixa e misturador 19i é, de preferência, inferior a 50 cm.

Os misturadores 19, 19i podem incluir placas 20a, 20b (FIG. 5) inclinadas no sentido contrário para constituir deflectores opostos, estando orientados de acordo com o sentido do escoamento do liquido. As placas 20a, 20b estão dispostas no interior de mangas cilíndricas 21, montadas de modo deslizante no interior do tubo 16. As placas 20a, 20b 9 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ formam labirintos que favorecem o controlo do diâmetro das bolhas de gás e a mistura destas bolhas com o liquido. A montagem dos misturadores 19, 19i no tubo 16 pode ser realizada de maneira deslizante com o auxilio de calhas longitudinais 22, fixas na parede interna do tubo 16, adequadas para engatarem em ranhuras 23, previstas na periferia das mangas 21. Podem ser previstas três calhas 22 distribuídas por 120°, como mostrado na FIG. 6, às quais correspondem três ranhuras 23.

Os diferentes misturadores estáticos 19, distribuídos segundo do comprimento do tubo 16, estão reunidos por uma haste central 24, para formarem um conjunto fácil de montar e de desmontar, nomeadamente para uma limpeza. O tubo 16 está aberto na parte baixa em toda a sua secção de modo que o aparelho de dissolução 15 produz um "jacto livre" 25, dirigido verticalmente para baixo para o escoamento bifásico. Este jacto 25 espalha-se progressivamente. A metade de ângulo α (FIG. 2) da abertura do jacto 25 é, em geral, da ordem de 15° a 20° em relação à direcção axial do jacto. O distância K entre a extremidade baixa do tubo 16 e inicio do cotovelo, que está ligado à conduta 3 é suficiente para que o jacto livre se espalhe por toda a secção horizontal da conduta 3 e se misture completamente com o fluido principal na conduta descendente 3 antes da mudança de sentido. Designando por R o diâmetro da conduta de 3, a distância K deve ser maior que R/tga, ou da ordem de 11 m para R igual a 3 m.

O componente vertical Vz (FIG. 2) da velocidade de saída do jacto na extremidade baixa do tubo 16 é descendente e é, pelo menos, 3 m/s. O diâmetro das bolhas de gás, essencialmente esféricas, é inferior a 5 mm, de preferência, inferior a 2 mm. Estas condições, combinadas com uma pressão hidrostática suficiente, devido à profundidade H, fazem com que as bolhas de gás sejam arrastadas para baixo, dissolvendo progressivamente o ozono e o seu gás portador quase completamente no líquido. É obtido um desaparecimento progressivo e quase completo do aspecto bifásico. Na parte baixa da conduta apenas subsistem bolhas de gás portador 3, cujo teor em ozono está fortemente diminuído se não nulo. A 10 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ profundidade Η + Κ do poço vertical entrada eixo é suficiente para garantir uma boa mistura e a dissolução eficiente do ozono e do seu portador gasoso.

Ainda que a injecção, com a forma de um "jacto livre", dirigida verticalmente para baixo seja preferida, poderá ser prevista uma saída anelar na extremidade baixa do tubo 16, de modo que o jacto teria a forma de um cone oco de eixo vertical. O eixo do jacto poderia mesmo formar um ângulo com a direcção vertical, na medida em que o componente vertical descendente de velocidade, para direcções de injecção mais afastadas da vertical, é de, pelo menos, 3 m/s.

De uma maneira geral, a velocidade de saída do jacto na extremidade baixa do tubo 16 é, de preferência, pelo menos oito vezes a velocidade vertical ascensional das bolhas. A parte sensivelmente horizontal, que corresponde à conduta 4 pode ter um qualquer comprimento. Esta secção favorece, se necessário, a obtenção da dissolução do ozono no líquido. 0 poço vertical de saída 5 pode ter uma qualquer altura e alimentar uma represa de saída e/ou de descarga, tal como um lago, um rio, um canal ou qualquer outra represa receptora.

As características hidrodinâmicas do tubo em U, formado pelo conjunto de condutas 3, 4 e 5, do tubo de injecção 16 e do jacto livre 25, são previstas para assegurarem velocidades de fluido mono e bifásicas, suficientes para garantir a manutenção de um escoamento de "escoamento de êmbolo". Um escoamento de "escoamento de êmbolo" é um escoamento tal que as partículas de líquido, situadas num plano ortogonal à velocidade do conjunto da corrente, têm todas a mesma velocidade e permanecem neste plano.

Designando por p grama/m3 a dose de ozono, expressa na massa necessária para tratar 1 m3 de líquido, e por Qmax o débito máximo do escoamento principal a tratar, expresso em m3/s, o débito máximo de ozono que deve aceitar o escoamento derivado é igual a p*Qmax. Designando por β a proporção mássica (a qual pode ser da ordem de 12%) de ozono no gás de portador, o débito mássico de gás portador para introduzir o 11 ΕΡ 2 061 582/ΡΤ débito máximo de ozono será obtido pela fórmula p*Qmax/p. Se o escoamento derivado de liquido pode aceitar uma proporção mássica γ de gás carregado de ozono, o débito de escoamento derivado Qdv para tratar com o débito máximo do escoamento principal será p^Qmax/βγ. O débito do escoamento derivado será mantido neste valor sensivelmente constante, o qual será suficiente para o débito máximo Qmax, e vantajoso para os débitos inferiores do escoamento principal. A dose de ozono, utilizada para a purificação da água pode variar de cerca de 15 mg/1 ou 15 g/m3 para uma água urbana até 200 mg/1 ou 200 g/m3 para uma água industrial. No caso de tratamento de uma água potável, a dose tipica é de 2 a 5 mg/1 ou 2 a 5 g/m3.

Os meios M, que compreendem, por exemplo, uma válvula de ajustamento manual e um indicador de débito, estão previstos para manter no valor constante acima mencionado o débito do escoamento derivado, qualquer que seja a variação do débito do escoamento principal 1. Isto permite ajustar bem a injecção do gás rico em ozono no débito de liquido para o controlo do diâmetro das bolhas. O interesse do ozono para o tratamento de água consiste nomeadamente em que o ozono não só assegura uma desinfecção da água, mas também uma oxidação dos perturbadores tais como os endócrinos (hormonas), corantes, espuma, ou DQO rigida. Por outro lado o ozono destrói a poluição em vez de efectuar um simples deslocamento quimico. O funcionamento da instalação é a seguinte. O escoamento do líquido é efectuado de acordo com as setas F da FIG. 1. O escoamento principal de água a tratar, que chega pelo canal 1, desce, com a forma de uma coluna contínua de líquido na conduta vertical 3, onde está colocado o tubo 16, que injecta um escoamento parcial bifásico rico em ozono. Este escoamento bifásico é arrastado para o fundo da conduta 3 pelo escoamento descendente da água a tratar e é completamente misturado com o mesmo pelo efeito do jacto livre 25. O jacto livre, o qual sai do tubo 16 com uma velocidade da ordem de 3 a 4 m/s, perde velocidade ao afastar-se para terminar com uma velocidade da ordem de 12

ΕΡ 2 061 582/PT 0,3 m/s dirigida para baixo, suficiente para, em combinação com a pressão hidrostática, impedir uma subida de bolhas e um efeito de retenção gasoso. O tubo de injecção 16, com os misturadores 19, 19i, é calculado para que, com água limpa na saida do último misturador 19i, próximo da saida do tubo 16, o diâmetro das bolhas de gás sensivelmente esféricas no liquido seja cerca de 2 mm. No caso de uma água residual com materiais orgânicos, devido à tensão superficial diferente em relação a uma água limpa, o diâmetro das bolhas será ainda menor. A curva da FIG. 3 mostra que o diâmetro das bolhas de 2 mm corresponde a um máximo da velocidade ascensional das bolhas no liquido, correspondendo este máximo sensivelmente a 30 cm/s. Sendo a velocidade de arrastamento das bolhas para baixo superior a este máximo, as bolhas não subirão. O aumento da pressão hidrostática acompanhado pela dissolução do gás no liquido provoca uma diminuição no seu diâmetro. Para diâmetros de bolhas superiores a 2 milímetros, as bolhas têm tendência para se deformarem e não permanecerem esféricas. Para diâmetros de bolhas inferiores a 2 mm, a forma esférica das bolhas é conservada com uma velocidade ascensional que diminui. O corte controlado provocado no tubo de injecção 16 pelo princípio da mistura "estática" e os labirintos dos misturadores 19, 19i conduz à formação de pequenas bolhas no escoamento parcial, bolhas, cujo diâmetro pode variar entre 0,5 a 5 mm e que se podem calibrar, de acordo com a qualidade do fluido a tratar. Na zona do jacto livre 25 da conduta vertical para baixo, a jusante da saída do tubo 16, e no resto da parte inferior da conduta vertical 3, o residual de ozono na fase gasosa é transferido em solução no escoamento de água a tratar, descendente do mesmo modo que uma certa parte do gás portador. De acordo com a quantidade de ozono carregada na água a tratar, da concentração de ozono no seu gás portador e de tipo de gás portador, a dissolução é mais ou menos acentuada.

Quando o gás portador é oxigénio, este efeito é particularmente evidente, indo até a sua dissolução quase completa. 13

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Na conduta vertical 3, o escoamento é em qualquer lugar do tipo "escoamento de êmbolo", isto é, que o fluido progride segundo planos perpendiculares ao eixo do escoamento. Na parte horizontal 4, o escoamento permanece do tipo "escoamento de êmbolo", mesmo se for formada uma almofada gás portador na parte superior do tubo 4. Na conduta vertical de saida 5, o escoamento poderá perder o seu carácter de "escoamento de êmbolo", devido ao facto de uma parte do gás portador será desgaseifiçado mas sem o ozono completamente dissolvido no liquido.

Devido ao facto do escoamento ser do tipo "escoamento de êmbolo" na conduta vertical de entrada 3 e na parte horizontal 4 do "tubo em u" pode-se afirmar que a relação Tio/Th (Tio é o tempo saida de 10% da quantidade de ozono injectada) e Th é o tempo de "permanência hidráulica" igual à soma dos volumes da conduta vertical de entrada 3 e da conduta horizontal 4 dividida pelo débito de líquido) é muito próxima do valor 1. A consequência é que se pode reduzir sensivelmente o volume da estrutura em questão por um "CTh" dado em relação a qualquer sistema que não tem um escoamento tipo "escoamento de êmbolo" também acentuado. "C" é a concentração residual média de ozono durante o lapso de tempo T. Na parte ascendente 5, as bolhas de gás podem ter uma velocidade ascensional terminal superior à velocidade do liquido, podendo estas diferenças de velocidades gerar uma perturbação do escoamento que afecta o carácter de "escoamento de êmbolo" do sistema.

Na prática, numa instalação onde a saída 16a do tubo 16 está situada a um profundidade H de cerca de 10 m, o ozono é inteiramente dissolvido no líquido a uma profundidade de cerca de 35 m. Esta dissolução completa do ozono permite evitar a necessidade de um destruidor de ozono na parte superior do canal de saída 6, uma vez que o gás portador susceptível de desgaseificar na conduta vertical de subida 5 não inclui mais ozono.

Como já indicado, se todo o gás portador não poder ser dissolvido no líquido, as bolhas diminuem, no entanto, de diâmetro e são mantidas em suspensão no liquido, como os materiais sólidos. 14

ΕΡ 2 061 582/PT A título de exemplo não limitativo, no caso de um escoamento principal com o débito de 21 m3/s, o débito do escoamento derivado é de cerca de 0,8 m3/s e o diâmetro interno do tubo 16 é de 0,6 m (60 cm). O afastamento do jacto 25 origina um afastamento das bolhas e impede fenómeno de coalescência. A FIG. 7 é um esquema de uma variante de realização, de acordo com a qual a conduta horizontal 4, em vez de ser prolongada por uma conduta ascendente 5, desemboca no fundo de um rio G ou de um lago ou de outra represa receptora.

Deve ser notado que a instalação e o processo propostos não criam, na prática, qualquer perda de carga, mas simplesmente uma cortina de bolhas.

Lisboa, 2010-02-08

Claims (18)

1. ΕΡ 2 061 582/PT 1/4 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo para pôr em contacto o ozono com um escoamento de líquido, em particular, água potável ou águas residuais, com vista ao seu tratamento pelo ozono, de acordo com o qual se deriva uma fracção do escoamento de líquido, se injecta na corrente derivada um gás portador, ar e/ou oxigénio, carregado de ozono com a formação de bolhas de gás, se misturam as bolhas de gás e o líquido para formar um escoamento derivado bifásico, e se reintroduz o escoamento derivado numa corrente vertical descendente do escoamento principal de líquido, sendo esta corrente vertical na parte baixa sujeita a uma mudança de direcção sensivelmente na horizontal, sendo a reintrodução do escoamento derivado efectuada na extremidade inferior de um tubo de injecção, que mergulha na corrente vertical descendente do escoamento principal, caracterizado por: - a corrente vertical descendente (3a) formar uma coluna continua de liquido, ser assegurada uma mistura estática no tubo de injecção (16) até à vizinhança da sua saida, para manter o diâmetro das bolhas inferior a um valor predeterminado, e - a reintrodução do escoamento derivado bifásico na corrente vertical descendente (3a) ser realizada com a forma de, pelo menos, um jacto que apresenta um componente de velocidade vertical para baixo, tendo esta reintrodução lugar a uma altura (H) do líquido e com um componente de velocidade vertical para baixo, suficiente para que as bolhas de gás sejam arrastadas para baixo, sem voltarem a subir.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a reintrodução do escoamento derivado bifásico no escoamento principal ser realizada em co-corrente com a forma de um jacto (25), dirigido verticalmente para baixo desde uma altura (K) suficiente por cima da mudança de direcção para que o jacto se espalhe em toda a secção horizontal da corrente vertical descendente. ΕΡ 2 061 582/PT 2/4
3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o jacto de reintrodução do escoamento derivado ser um "jacto livre".
4. 4 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o débito do escoamento derivado ser mantido sensivelmente constante, qualquer que seja a variação do débito do escoamento principal, sendo o valor do débito do escoamento derivado escolhido de modo a aceitar a dose de ozono necessária para assegurar o tratamento do débito máximo do escoamento principal.
5. 5 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o componente vertical descendente da velocidade do escoamento bifásico na saida do tubo de injecção ser superior a 3 metro/segundo.
6. 6 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a reintrodução do escoamento bifásico ser efectuada a uma altura de líquido (H) de, pelo menos, 10 metro.
7. 7 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o diâmetro das bolhas na saída do tubo de injecção ser inferior a 5 mm.
8. 8 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o diâmetro das bolhas na saída do tubo de injecção ser inferior ou igual à 2 mm.
9. 9 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a corrente vertical descendente (3a) estar situada numa conduta vertical (3) de escoamento de líquido, a qual é ligada na sua extremidade inferior a uma conduta sensivelmente horizontal (4) .
10. 10 - Instalação para a execução de um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, que inclui um canal de chegada (2) do líquido a tratar, uma conduta vertical descendente (3), que forma poços no sentido da ΕΡ 2 061 582/PT 3/4 extremidade do canal de chegada, ligando-se a conduta descendente, na parte baixa, a uma conduta sensivelmente horizontal (4), estando previstos meios de bombagem (11) para elevar uma fracção derivada do escoamento a montante da conduta vertical descendente e para dirigir o escoamento derivado para um conjunto de mistura (14), que recebe um gás, ar e/ou oxigénio, carregado de ozono, caracterizada por: - o conjunto de mistura (14) estar disposto na parte alta de um tubo de injecção vertical (16), o qual se prolonga na conduta vertical descendente (3), a qual está livre de qualquer obstáculo, de modo que a corrente vertical descendente (3a) forma uma coluna continua de liquido, o tubo de injecção vertical (16) incluir na proximidade da sua extremidade inferior um misturador estático (19i) para manter o diâmetro das bolhas inferior a um valor predeterminado, e a sua extremidade inferior incluir, pelo menos, uma abertura (16a) para assegurar a reintrodução do escoamento derivado bifásico na corrente vertical descendente com a forma de, pelo menos, um jacto (25), que apresenta um componente de velocidade vertical (Vz) para baixo, estando o comprimento do tubo de injecção (16) e a abertura de saída (16a) do jacto previstos para que a reintrodução tenha lugar a uma altura (H) do líquido e com um componente de velocidade vertical (Vz) para baixo suficientes para que as bolhas de gás sejam arrastadas para baixo, sem voltarem a subir.
11. 11 - Instalação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o misturador estático (19i) se encontrar a menos de 50 cm da extremidade inferior do tubo de injecção (16) .
12. 12 - Instalação de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por a abertura de injecção (16a) do tubo estar dirigida para baixo e a reintrodução do escoamento derivado bifásico no escoamento principal ser realizada em co-corrente com a forma de um jacto (25), dirigido verticalmente para baixo desde uma altura suficiente (K) por cima da mudança de ΕΡ 2 061 582/PT 4/4 sentido, para que o jacto se espalhe em toda a secção horizontal da corrente vertical descendente.
13. 13 - Instalação de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por o tubo de injecção (16) estar aberto segundo toda a sua secção transversal inferior e o jacto de reintrodução do escoamento derivado ser um "jacto livre".
14. 14 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizada por estarem distribuídos diversos misturadores estáticos (19) no tubo de injecção e estarem instalados de maneira desmontável.
15. 15 - instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizada por cada misturador estático (19, 19i) ser do tipo com chicanas, formadas por placas inclinadas em sentidos opostos, dispostas em mangas cilíndricas.
16. 16 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizada por a mesma incluir meios (M) para manter sensivelmente constante o débito do escoamento derivado, qualquer que seja a variação do débito do escoamento principal, sendo o valor do débito do escoamento derivado escolhido para aceitar a dose de ozono necessária ao tratamento do débito máximo do escoamento principal.
17. 17 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizada por o comprimento da parte do tubo de injecção (16), que mergulha na coluna de liquido ser de, pelo menos, 10 metro.
18. 18 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizada por a conduta vertical descendente (3) ser constituída por uma parte da estrutura já existente, do emissário de águas residuais ou conduta de abastecimento de águas, a qual se prolonga por uma conduta sensivelmente horizontal (4). Lisboa, 2010-02-08