PT2139818E - Processo e dispositivo para purificação de efluentes líquidos - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA PURIFICAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS" A presente invenção refere-se a um processo para purificação de efluentes liquidos carregados de substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não, para as levar abaixo de uma determinada CQO e/ou CBO determinada por mistura hidráulica violenta, oxidação e escumação.

Também permite fazer baixar a taxa de COT (carbono total) e de uma MES (matéria em suspensão) para valores inferiores a um determinado limiar. A invenção também se refere a um dispositivo para purificação desses efluentes.

Tem uma aplicação especialmente importante, se bem que não exclusiva, no domínio da purificação dos efluentes petrolíferos ou dos efluentes provenientes de processos de fabrico de produtos com origem na agricultura, em especial efluentes com uma CQO inicial muito elevada [(> 30000 mg de O2/L, ou abreviadamente, de uma forma abusiva, mg/L, tal como utilizado a seguir)] cujas cadeias carbonadas são longas e circulares, isto é, difíceis de degradar. Permite também e, por exemplo, fazer um tratamento das poluições difusas compreendendo moléculas complexas, tais como as dos pesticidas complexos ou, então misturas de hidrocarbonetos e água do mar com uma eficiência até agora inigualável. 1 A CQO ou Carência Química de Oxigénio é o consumo de oxigénio pelos oxidantes químicos fortes, necessário para a oxidação das substâncias orgânicas (e minerais) da água. Permite avaliar a carga poluente das águas residuais e mede a totalidade das substâncias oxidáveis, o que inclui as que são biodegradáveis. A quantidade de matérias biodegradáveis por oxidação bioquímica (oxidação por bactérias aeróbias que obtêm a sua energia de uma reacção de oxirredução) contidas na água a analisar é, ela própria, definida pelo parâmetro CBO (Carência Biológica de Oxigénio). É conhecido que os efluentes líquidos, frequentemente qualificados como águas residuais e que constituem o seu principal exemplo, têm probabilidade de contaminar os meios em que são lançados.

Ora uma CQO ou CBO muito elevada dos efluentes é nociva.

De facto, as matérias não biodegradáveis que contêm são levadas a ser lentamente oxidadas pelo dioxigénio dissolvido na água ou pelo do ar à superfície do efluente.

Sendo o oxigénio gasoso dissolvido indispensável à vida, uma carência muito grande numa água de rio, ou à superfície de uma massa de água, vai ser nociva para a vida animal e vegetal, e daí a necessidade de tratamento.

Conhecem-se já numerosos processos de tratamento de águas 2 residuais e/ou de outros efluentes provenientes de processos quimicos tendo como objectivo o seu lançamento no ambiente.

Estes tratamentos podem ser realizados de modo colectivo numa estação de tratamento ou de modo individual.

Assim, existem estações de tratamento que possibilitam a obtenção de CQO e/ou CBO aceitáveis que permitem a libertação no ambiente, especialmente por tratamento oxidante.

Contudo essas estações apresentam inconvenientes.

De facto requerem locais de grandes dimensões que devem, em geral estar localizados longe de zonas habitadas, tendo em conta as emissões de cheiros ou aerossoles desagradáveis ou mesmos tóxicos. Além disso, têm custos operacionais elevados e uma eficácia limitada, cada vez menos aceitável tendo em conta o aumento das exigências regulamentares no que se refere a matéria de eliminação.

Em particular, níveis de CQO inferiores a 1000 mg/L, isto é, nitidamente inferiores a este valor, são cada vez mais exigidas hoje em dia, o que se revela impossível de obter no caso de certos efluentes, por exemplo efluentes provenientes de fábricas de produção de óleos.

Existem igualmente dispositivos e processos mais complexos mas que não permitem necessariamente obter os desempenhos desejados, necessitando sistematicamente de aditivos dispendiosos, eles próprios geradores de resíduos. 3

Por exemplo, é conhecido um processo (documento WO 01/38235) para purificação de efluentes aquosos por oxidação catalítica utilizando um reactor trifásico atravessado em contínuo pelos efluentes, no qual o catalisador sólido é mantido em suspensão reciclando-o. O reactor tem dois compartimentos, a saber, um primeiro compartimento no qual o reagente é mantido em suspensão e o efluente é circulado por borbulhação através dele de um gás transportador e um segundo compartimento onde a oxidação dos efluentes é feita por injecção de ozono.

Esse reactor apresenta, no caso de um aumento do caudal de borbulhação, obstruções que limitam por isso esse caudal. Requer, além disso, uma descarga organizada do gás motor que interfere com um bom contacto entre catalisador e efluente. É por isso actualmente frequente, não se poder atingir os níveis exigidos para a libertação no ambiente, o que implica a necessidade de diluir o efluente com água pura antes da sua libertação. Essa diluição, além de ser geralmente ilegal, não é satisfatória, requer instalações de bombeamento e reciclagem dispendiosas e não altera quantitativamente o volume de efluentes incómodos libertados.

Por outro, lado no caso de efluentes específicos surgidos recentemente, os processos clássicos revelam-se ineficazes.

Existe portanto há muito tempo, uma necessidade não satisfeita de um processo eficaz, geral, compacto e não poluente para purificação de efluentes líquidos. 4 A presente invenção tem por objectivo proporcionar esse processo, e um correspondente dispositivo para tratamento dos efluentes, que responda melhor do que os anteriormente conhecidos aos requisitos da técnica, especialmente na medida em que permita um tratamento compacto, muito menos dispendioso e muito mais eficaz do que o obtido com as estações de tratamento do estado da técnica.

Uma grande flexibilidade de funcionamento do dispositivo permite, por outro lado, adaptá-lo e regulá-lo em função do tipo de efluente a tratar, que nunca é o mesmo de uma instalação para outra, o que é uma vantagem importante da invenção.

Para esse objectivo, a invenção propõe essencialmente um processo para purificação de efluentes líquidos carregados com substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não, para os levar abaixo de um dado limiar de CQO, em que a água é separada das substâncias efectuando, numa mesma câmara vertical que tem, pelo menos, dois compartimentos, uma borbulhação vertical nos efluentes introduzidos a um caudal d e, simultaneamente na mesma câmara, uma oxidação química hidráulica ou gasosa dos referidos efluentes, caracterizado por a câmara ter uma superfície livre e compreendendo, pelo menos, três compartimentos que comunicam uns com os outros para permitir uma circulação entre compartimentos sucessivamente de cima para baixo e de baixo para cima e assim sucessivamente, os efluentes são introduzidos de um lado e são retirados do outro lado na parte superior da câmara ao referido caudal d, os efluentes são circulados por meio de um circuito hidráulico externo através dos compartimentos entre a sua parte inferior e um nível médio a um caudal global D, pelo menos, três 5 vezes maior do que o caudal d, e a fase sobrenadante é continuamente descarregada, sendo a velocidade de oxidação química e também o caudal e o tamanho das bolhas seleccionados de modo a obter gradualmente, uma separação das fases sólida/liquida e/ou liquida/liquida na superfície da câmara que permite obter uma COD abaixo do determinado limiar. A circulação por meio de um circuito hidráulico externo permite reinjectar, quando desejado, o caudal global D, o que vai permitir uma grande flexibilidade de operação como é descrito com maior precisão mais adiante. A descarga contínua da fase sobrenadante liberta, ela própria, a superfície livre do reactor que pode então actuar como um captador das cabeças hidrófobas das estruturas a extrair.

De notar que uma separação líquido/líquido é obtida durante a presença de dois ou mais líquidos imiscíveis e, especialmente, no caso da presença de colóides.

Esse processo também vai permitir, se necessário, baixar o DBO e/ou o nível de MES respectivamente abaixo de um dado segundo e terceiro limiar.

Além disso, permite procurar uma razão DBO/DQO acima de um valor particular, que é vantajoso para depois facilitar a descontaminação biológica.

Por nível médio, entende-se um nível intermédio entre a parte inferior do compartimento e a superfície livre dos 6 efluentes na câmara, nível esse que tem, no mínimo, de estar localizado abaixo das ligações de entrada e saída para os efluentes ao caudal d, por exemplo um pouco abaixo (alguns centímetros), ou mais abaixo, por exemplo um pouco acima do meio das paredes dos compartimentos, ou entre os dois, de modo a fazer uma região mais calma acima do referido nível médio entre este último e a superfície livre, como se vai ver adiante. 0 caudal D é, ele próprio e, por exemplo, em formas de realização vantajosas, superior a quatro vezes; cinco vezes ou mesmo oito vezes o caudal d.

Com esse processo, utiliza-se assim caudais verticais organizados à custa de caudais horizontais, que são praticamente eliminados, pelo que são maximizados os encontros entre os elementos que interactuam. A água a ser purificada é ela própria, utilizada como um reagente devido à bombagem no compartimento final, localizado a jusante e reinjecções nos compartimentos a montante, do próprio produto purificado e que tem uma função oxidante.

Em formas de realização vantajosas, utiliza-se adicionalmente uma e/ou outra das seguintes disposições: o oxidante químico é, só ou em associação, escolhido dos oxidantes H2O2, O3, 0o ou 0H°; o oxidante químico é injectado num circuito em derivação com um dos compartimentos; o processo compreende a utilização de uma circulação em 7 quatro compartimentos; a fase de sobrenadante é continuamente descarregada por raspagem na parte superior da lama flutuante para um compartimento de extravasamento.

Esse sistema de circulação natural por gravidade tem a vantagem de limitar os riscos de colmatação; a oxidação quimica é essencialmente realizada no último compartimento de circulação dos efluentes da câmara; a oxidação quimica compreende uma borbulhação de microbolhas obtidas por electrólise, conhecida como nanoborbulhação; o tamanho das bolhas da nanoborbulhação no momento da sua criação está entre 0,01 mm e 0,1 mm, por exemplo da ordem de 0,05 mm; o caudal da nanoborbulhação está entre 2 d e 15 d; a nanoborbulhação é obtida por circulação de uma parte dos efluentes reciclados sobre eléctrodos planos paralelos, com vantagem, eléctrodos que produzem substâncias radicalares à superfície dos referidos eléctrodos e, mais particularmente, eléctrodos dopados com diamante; o caudal D de circulação de efluentes através dos compartimentos é superior a 10 vezes o caudal d; a borbulhação vertical é realizada com o ar, estando o tamanho médio das bolhas quando são emitidas entre 0,5 mm e 5 mm; a borbulhação vertical é obtida por cavitação no circuito de circulação dos efluentes; o caudal D é reinjectado de um modo determinado e ajustável na parte inferior de um ou mais dos compartimentos; o regime hidráulico vertical na câmara é seleccionado de modo a que a parte inferior esteja num regime altamente 2 -1 turbulento (Re>>3000 m s ) e a parte superior próxima da superfície livre esteja num regime laminar (Re<2000 m2 s 1) ; realiza-se uma agitação complementar num ou mais dos compartimentos por recirculação a um caudal elevado através de um circuito de derivação ligado ao compartimento em questão.

Por caudal elevado deve entender-se um caudal superior a 3d, por exemplo 4 a 10 vezes superior; realiza-se ainda uma oxidação complementar no circuito de derivação.

Neste caso, com vantagem o sistema de oxidação utilizado é um sistema de electrólise que produz substâncias oxidantes radicalares na superfície dos eléctrodos. Surpreendentemente, a eficácia da operação é adicionalmente melhorada quando o caudal 9 de recirculação é, pelo menos, três vezes superior ao caudal teórico de travessia do sistema de electrólise; o processo inclui ainda uma filtração biológica. Devido à quebra ou corte do comprimento das moléculas obtidas com os passos anteriores do processo, a razão DB05/CQ0 tornou-se muito favorável e esse tratamento biológico complementar permite um resultando ainda mais excepcional. A invenção também propõe um dispositivo que utiliza o processo tal como aqui descrito acima.

Propõe também um dispositivo de purificação para efluentes liquidos carregados com substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não, para as levar abaixo de um dado limiar de CQO, compreendendo uma câmara vertical que tem, pelo menos, dois compartimentos verticais adjacentes que comunicam entre eles, meios de alimentação de ar de borbulhação vertical na parte baixa dos compartimentos, meios para introdução de efluentes de um lado e meios para a sua recolha de um outro lado na parte alta da câmara a um caudal d, e meios de alimentação de fluido para oxidação química hidráulica ou gasosa aos referidos efluentes, caracterizado por a câmara ter, pelo menos, três compartimentos que comunicam entre si através de uma ou mais aberturas feitas numa parede, por um lado na sua parte baixa e por outro lado num nivel médio, para permitir uma circulação entre compartimentos sucessivamente de cima para baixo e de baixo para cima e assim sucessivamente, meios para circulação dos efluentes através de um circuito hidráulico externo entre as aberturas na parte baixa das paredes e as que estão num nivel médio com um caudal global D, pelo menos, três vezes maior do 10 que o caudal d, meios para descarregar continuamente a fase sobrenadante e meios de controlo que permitem ajustar a velocidade de oxidação química assim como o caudal e tamanho das bolhas da borbulhação vertical para obter uma separação de fases sólida/líquida e/ou líquida/líquida dos efluentes na superfície da câmara permitindo obter uma DQO abaixo do limiar determinado.

Com vantagem, a câmara compreende cinco compartimentos, incluindo quatro para circulação dos efluentes e um para descarga das lamas de flotação por gravidade.

Também com vantagem, os compartimentos têm uma altura útil H compreendida entre 2 m e 6 m, por exemplo da ordem dos 4 m.

Numa forma de realização vantajosa, a razão entre a altura útil H e a secção S de cada compartimento está compreendida entre 4 e 10.

Numa outra forma de realização vantajosa, a oxidação química é realizada por produção de radicais livres hidroxilo OH° a partir da molécula de água H20, podendo esta produção ser feita por electrólise.

Com vantagem, as bolhas de ar para borbulhação vertical são produzidas no circuito hidráulico externo de circulação dos efluentes através de meios de cavitação.

Também com vantagem, pelo menos um compartimento compreende um circuito de derivação que está ligado a ele para recirculação de alto caudal, em que se realiza ou não uma oxidação complementar, com vantagem por electrólise. 11

Numa outra forma de realização vantajosa, o dispositivo compreende ainda meios para tratamento por filtração biológica. A invenção será melhor entendida por leitura da descrição seguinte de formas de realização apresentadas adiante a titulo de exemplos não limitativos. A descrição refere-se aos desenhos anexos em que: A figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de uma forma de realização do dispositivo de acordo com a invenção. A figura 2 é um diagrama expandido que mostra as correntes internas e externas do dispositivo da figura 1. A figura 3 é uma vista em planta esquemática da câmara da figura 1 mostrando o sentido de circulação das correntes. A figura 4 é uma vista em perspectiva da câmara da figura 1 ilustrando novamente as correntes. A figura 5 dá esquematicamente em perspectiva explodida, uma forma de realização do dispositivo de oxidação por electrólise. A figura 6 é um esquema de funcionamento de um dispositivo de acordo com outra forma de realização da invenção que tem vários compartimentos adjacentes.

As figuras 7 a 10 mostram as curvas de purificação 12 mostrando a CQO obtida, em função do tempo de tratamento, em diferentes exemplos, com o processo de acordo com a invenção. A figura 11 é um diagrama de funcionamento expandido de um dispositivo de acordo com uma outra forma de realização da invenção.

As figuras 12 a 15 são diagramas de resultados obtidos com o dispositivo da figura 11, com o mesmo tipo de efluentes mas com uma composição variável e em função de várias CQO de partida.

As figuras 1, 2 e 4 mostram um dispositivo 1 de purificação 3 de efluentes líquidos 2 com um caudal d, por exemplo, 2 m /h compreendendo uma câmara cilíndrica vertical 3 de aço inoxidável, com altura útil H, por exemplo de 5 m e de diâmetro D, por exemplo de 2 m. A câmara compreende cinco compartimentos verticais de que quatro são de circulação de efluentes sensivelmente idênticos 4, 5, 6 e 7 por um lado, e um compartimento para descarga de lamas 8 por outro lado, cujas secções formam porções de disco substancialmente triangulares com áreas superficiais S iguais. Outras secções, por exemplo secções circulares, suficientemente alargadas para evitar qualquer obstrução devido à borbulhação, permitem uma eficiência semelhante.

Os compartimentos são respectivamente separados entre eles por paredes 9, 10, 11, 12 e 13 internas posicionadas radialmente e regularmente em torno de um núcleo 14 central cilíndrico tendo 13 um eixo 15 equipado na parte superior, acima (1 a 2 mm) do bordo superior das paredes internas, com um sistema 16 de raspagem que tem quatro lâminas 17 idênticas na forma de placas planas rectangulares dispostas radialmente e distribuídas angularmente. 0 sistema 16 é accionado por um motor 18 rotativo controlado de forma conhecida per se por um controlador 19 programável para controlo do conjunto do dispositivo. 0 dispositivo 1 compreende ainda um sistema 20 de circulação hidráulica externa entre os compartimentos 4, 5, 6 e 7 (cf. também as figuras 2, 4 e 11) de efluentes líquidos a um caudal global D = x x d, por exemplo com x=10, para permitir, após a distribuição deste fluxo total entre os vários compartimentos, uma circulação 21 entre os referidos compartimentos sucessivamente de baixo para cima e de cima para baixo e assim sucessivamente graças a aberturas de diâmetro suficientes para permitir a passagem dos caudais parciais e/ou mais genericamente do caudal D, no caso em que o caudal total D é reenviado só para o primeiro compartimento.

As aberturas são feitas nas paredes, nomeadamente no exemplo mais particularmente descrito aqui, uma abertura 22 na parte inferior da parede 9, a uma distância k do fundo, por exemplo a 30 cm, uma abertura 23 feita na parte superior da parede 10 a uma distância K do fundo, por exemplo a 4 m 50 e uma abertura 24 feita na parte inferior da parede 11, à referida distância k do fundo. O caudal D é então tomado por uma abertura 25 intermediária situada à distância 1 do fundo, por exemplo a 1 m 50, no compartimento 7 pela bomba 26 para circulação a caudal elevado D, para ser injectado na parte inferior, abaixo das aberturas 22 e 24 mais baixas, por exemplo a uma distância i do 14 fundo de 10 cm, por quatro ligações 27 idênticas, afectas a cada compartimento 4, 5, 6 e 7, estando as referidas ligações ligadas entre elas através de uma canalização 28 de distribuição. Estão previstos meios de controlo, por exemplo electroválvulas comandadas pelo controlador 19, não representadas aqui mas conhecidas per se, para controlar os caudais e/ou equilibrar as perdas de pressão entre os diferentes compartimentos. O sistema 20 de circulação compreende ainda um dispositivo 26' de cavitação que permite injectar bolhas de ar de diâmetro pequeno (inferior ao milimetro) no caudal, que constitui assim a alimentação de ar de borbulhação vertical aqui mencionado acima.

Este ar de borbulhação não tem um papel motor e desempenha mesmo um papel de travão quando está em contra-corrente, por exemplo nos compartimentos 4 e 6. O dispositivo 1 também compreende meios 29 para introdução de efluentes 2 na parte alta do primeiro compartimento 4 ao caudal d através de uma ligação 30 situada a uma altura h um pouco inferior a H, por exemplo situada a H - 20 cm substancialmente na geratriz do meio da parede externa.

Os meios 29 compreendem uma bomba 31 controlada pelo controlador 19 e os circuitos 32 e 33 para adição de reagentes conhecidos per se, por exemplo em forma liquida, e que estão dependentes do tipo de efluentes tratados de forma a melhor permitir a oxidação e/ou quebra das moléculas longas.

Compreende, por outro lado, meios 34 para extracção dos efluentes 35 tratados ao caudal d à altura h na parte alta do 15 último compartimento 7 através de uma ligação 36, compreendendo uma bomba 36'. 0 dispositivo 1 aqui descrito, mais particularmente, compreende também um circuito 37 para alimentação de fluido de oxidação química, hidráulico ou gasoso, aos efluentes do último compartimento 7.

Este circuito compreende uma bomba 38 de circulação de um reagente de baixo para cima no compartimento 7. Compreende um sistema 39 de alimentação de reagentes e/ou meios 40 em linha para oxidação por electrólise química.

Estes meios 40 (cf. figura 5) são, por exemplo, formados por uma série de vários eléctrodos 41 planos paralelos.

Os iões 42 OH° são produzidos à superfície dos eléctrodos sobre uma espessura de algumas dezenas de μ, sendo formado um caudal 43 turbulento sobre uma superfície suficiente, estando os eléctrodos espaçados por alguns milímetros. O dispositivo 1 compreende, finalmente, o compartimento 8 para descarga por gravidade das lamas, compreendendo uma tremonha de recolha com um funil guia (não representado). As lamas são depois recuperadas pelo fundo em 44, por exemplo por bombagem (não representada), fazendo-se a circulação dos efluentes no sentido 45 (cf. figura 3) e a do raspador de lamas na parte superior no sentido inverso 46. A descrição vai agora ser completada adiante por especificação do funcionamento do processo, de acordo com a forma de realização mais particularmente aqui descrita, com referência às figuras 1 a 5 e, especialmente, às figuras 2 a 4 16 em que as circulações estão mais precisamente representadas.

As águas 2 a tratar pelo processo são águas contendo uma carga poluente constituída por substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não. São recuperadas a montante, opcionalmente após um primeiro tratamento do tipo conhecido per se (selecção, remoção de areias, remoção de óleo, etc.), depois, transferidas para o dispositivo para serem nele introduzidas a um caudal d, por 3 3 exemplo compreendido entre 1 m /h e 15 m /h.

Os reagentes são, além disso, introduzidos directamente ou indirectamente nos quatro compartimentos 4, 5, 6 e 7, em forma liquida ou gasosa em 32, 33 e 37.

Durante a sua circulação através dos compartimentos 4, 5, 6 e 7, as águas vão beneficiar de várias acções simultâneas que visam a separação entre os elementos poluentes e a própria água, bem como o tratamento destes por oxidação.

Vai por isso ser possível limitar a carga poluente da água que sai em 36, para que cumpra as normas para libertação numa estação de tratamento (o processo intervém então como um pré-tratamento) ou para o meio natural (o processo intervém então como tratamento completo).

Analogamente, permite reduzir a lama produzida e preparar o produto para o seu tratamento final, graças a uma redução do tamanho das moléculas, decorrente da sua oxidação/corte ao nível das ligações C-C e uma destabilização dos agregados moleculares. 17

Na forma de realização descrita mais particularmente cada compartimento 4, 5, 6 e 7 desempenha um papel.

Esse papel visa primeiro extrair a quantidade máxima de matéria poluente, por utilização, se necessário, de técnicas de coagulação e floculação dessa matéria. 0 processo de acordo com a invenção permite assim uma contribuição sequencial, compartimento após compartimento, por indução de várias acções de ordem física e química que vão poder ser optimizadas em função dos efluentes.

Assim com determinados efluentes vai-se, após alguns ensaios, aperceber que é necessário procurar um efeito de oxidação química forte desde o início, a seguir estando o produto já pré-tratado, atacar de outro modo modificando-o por reinjecção do efluente pré-tratado nos compartimentos seguintes cujo conteúdo é diferente, contendo cada compartimento um efluente de facto diferente, dando a separação entre compartimentos um produto não homogéneo no interior do reactor. A oxidação química é primeiramente obtida por oxigénio do próprio ar, mas também (ver acima) por introdução de oxidantes químicos, moleculares ou radicalares.

Deve notar-se aqui que os processos para estas oxidações são sensivelmente diferentes. 0 oxigénio do ar que, recorde-se, não está ali para ter um efeito motor, é pela sua parte introduzido por borbulhação devido à cavitação preparada em 29. 18 0 dispositivo, devido à sua configuração, permite um tempo de contacto longo entre as bolhas e a água. 0 tamanho das bolhas é, além disso, significativamente pequeno (quer dizer na forma de realização mais particularmente descrita, inferior a 1 mm de diâmetro) de modo a assegurar uma grande superfície de contacto. Além disso, sendo a formação (produção) de bolhas feita num circuito hidráulico de caudal alto e a alta velocidade, permite uma mistura eficaz entre o ar e a água. 0 oxidante radicalar ou molecular é, ele próprio, introduzido no circuito 37 hidráulico a alta velocidade.

Utiliza-se aqui um oxidante muito poderoso do tipo H2O2 ou O3 ou uma associação dos dois, ou então radicais 0o ou 0H°.

Quando os oxidantes são produzidos por electrólise, sendo a água tratada 0 electrólito, beneficia-se por isso de uma dispersão alta no contacto com os ânodos e cátodos. 0 processo para introdução de oxidantes moleculares permite ele próprio, em função dos efluentes tratados e de um modo que pode ser facilmente optimizado por um especialista na matéria, um tempo de contacto que é tão longo quanto possível. 0 gás ou líquido oxidante vai assim beneficiar de mistura com a água tratada pelo mesmo princípio que o oxigénio do ar.

Uma separação das fases poluentes e água é adicionalmente obtida pela utilização da natureza tensioactiva das bolhas de 19 ar . À medida que as bolhas de ar passam (setas onduladas ascendentes da figura 2), os agregados e moléculas são assim capturados e ascendem à superfície dos compartimentos onde a extracção é efectuada numa zona calma.

Na superfície dos compartimentos, à pressão atmosférica, as bolhas rebentam, actuando a superfície livre da água como um captador das cabeças hidrófobas das estruturas a extrair. 0 sistema de raspagem regular, realizada com as lâminas 17, permite ele próprio limpar a superfície de modo a manter o seu carácter activo. A raspagem é feita muito lentamente, a uma velocidade de algumas rotações por minuto.

Os produtos raspados estão eles próprios na forma de espumas pastosas, e são recuperados no compartimento 8 em forma de uma boca de descarga.

De notar que os pólos hidrófobos estão por vezes fisicamente protegidos pelos pólos hidrófilos dos agregados moleculares. Estas disposições que asseguram uma grande solubilização destas estruturas químicas, tornam por isso difíceis o seu tratamento e a sua extracção da água e, consequentemente, a sua despoluição. A coesão destes agregados moleculares é de facto assegurada por forças muito significativas de tipo coulomb e van der Waals. 0 dispositivo de acordo com a invenção permite intervir ao 20 nível destas ligações: por introdução e optimização da acção de estrutura química altamente carregada que efectua um trabalho de destabilização destas estruturas (borbulhação, reagente químico oxidante hidráulico ou gasoso); por produção de choques que geram uma energia elevada nos agregados moleculares. Estas energias elevadas são produzidas pela conversão da energia cinética em choques nas paredes ou nos próprios agregados devido à forte agitação devida à recirculação a caudal elevado D>3 a 5 d.

Como o conjuntos destas acções é produzido dentro de um dispositivo que tem vários compartimentos que têm uma coluna de água suficiente, obtém-se então, surpreendentemente, resultados excepcionais do tipo dos que vão ser explicados em pormenor adiante com referência às tabelas I a V e VII a IX e às figuras 7 a 11 e 13 a 15.

Faz-se notar aqui que a existência de uma distância física entre as partes altas e baixas dos compartimentos permite que os regimes hidráulicos dessas duas zonas sejam diferentes. A parte alta dos dois compartimentos apresenta, de facto, um fluxo laminar bidimensional, enquanto que a parte baixa é, pelo contrário, uma zona de forte turbulência hidráulica, com fluxo tridimensional e movimentos brownianos.

Mais especificamente, a parte baixa dos compartimentos é a zona de retorno dos circuitos hidráulicos e das alimentações 21 directas de bolhas de ar e de oxidantes, com alto caudal e alta velocidade, sabendo que os compartimentos 4, 5, 6 e 7 comunicam, por outro lado, uns com os outros a niveis médios e, na parte baixa, através de um grupo de fluxos em ziguezague. As zonas superiores beneficiam assim da calma necessária para as contribuições físicas e químicas que permitem uma boa purificação. 0 regime de escoamento do dispositivo também está especificado adiante com referência à figura 4. 0 primeiro compartimento 4 (que beneficia da introdução das águas residuais brutas) por cima, vê estas últimas escoarem para baixo (acima da zona de reentrada) do circuito hidráulico mais forte. 0 segundo compartimento 5 escoa para o terceiro por cima, a um nível inferior ao nível alto da água. 0 último compartimento 6 é o que precede a saída da linha completa que tem lugar no compartimento 7. Mais uma vez, este escoamento em ziguezague garante um tempo de contacto importante e uma maior eficácia de extracção pelas bolhas, graças à produção de contracorrentes (ascendentes/descendentes).

Do primeiro compartimento 4 até ao último 7, observa-se então, de uma forma espectacular, que se estabelece um gradiente negativo de poluição da água.

Na forma de realização da invenção aqui descrita mais particularmente, o circuito de oxidação química só é implementado no último compartimento 7. 0 processo de acordo com a invenção permite assim seja o 22 tratamento completo da água, ou um trabalho de preparação das águas antes de serem introduzidas numa fileira complementar, por exemplo biológica.

Graças às circulações ascendentes das bolhas e dos oxidantes, enquanto que as correntes liquidas são, elas próprias, alternadamente ascendentes ou descendentes, mas verticais, a corrente passa de facto através do dispositivo ao mesmo tempo que permite organizar caudais exclusivamente verticais.

De acordo com uma das caracteristicas do processo, o efluente é, como se viu, ele próprio utilizado para realizar o trabalho fisico e químico desejado. É assim a energia cinética gerada num volume deste que permite a produção de bolhas, mas é também esta energia que permite romper as emulsões do próprio produto.

Finalmente, é a capacidade do produto para conduzir electricidade ele próprio que permite a introdução dos reagentes oxidantes produzidos na molécula de água contida no efluente como sucede numa oxidação por electrólise. É por isso feita uma grande poupança de matéria e de energia, o que é uma das grandes vantagens da presente invenção.

Vai agora ser descrita outra forma de realização de um dispositivo de acordo com a invenção com referência à figura 6. A seguir, vão ser utilizados os mesmos números de 23 referência para designar os mesmos elementos ou elementos semelhantes aos descritos nas figuras precedentes. A figura 6 mostra um dispositivo 50 compreendendo meios 51 de alimentação de efluentes por meio de uma bomba 52 após o pré-tratamento 53. Os meios 51 compreendem vários dispositivos de alimentação de reagentes 54, 55.

Os efluentes seguem, quando a eles, um trajecto 56 entre os compartimentos 57, 58, 59, 60, 61, 62 adjacentes (número não limitativo) ligados entre si por aberturas posicionadas alternadamente em baixo 63 e em cima 64, para formar uma chicana.

No primeiro e último compartimentos 57 e 62, estão, além disso, previstos dois circuitos 37 de oxidação de tipo idêntico. A circulação de efluentes a um caudal alto é feita pelo circuito 20 e reinjectada na parte baixa de cada compartimento, de modo idêntico, após tratamento por cavitação, o que vai permitir a borbulhação 65. As lamas 66 são recuperadas na superfície do liquido 67 para serem descarregadas para uma zona 68 de descarga e armazenadas ou tratadas em 69.

Os efluentes purificados são, eles próprios, recuperados na parte de cima do último compartimento 62, de modo a serem armazenados ou tratados por meios em 70.

Diferentes exemplos de tratamento de efluentes de acordo com a invenção vão agora ser apresentados para ilustrar os resultados excepcionais obtidos com o processo de acordo com a 24 invenção. É apresentado um primeiro exemplo, com referência a um efluente predominantemente constituído por amido. 0 amido é um polissacárido que tem um peso molecular entre 100000 uma e mais de 1000000 uma. O polissacárido é feito de açúcar, sendo composto por uma cadeia linear de moléculas de glucose ligadas umas às outras por uma molécula de oxigénio entre o primeiro carbono de uma primeira molécula e o quarto carbono de uma segunda molécula e assim por diante, sendo a ligação glucose-glucose de um tipo que é especialmente dificil de quebrar.

Graças ao processo de acordo com a invenção, e um dispositivo como descrito acima, vai ser possivel obter um teor de MES (Matéria Em Suspensão) inferior a 10 mg/L e uma DQO <120 mg/L. Analogamente, vai ser possivel constatar uma razão CQ0/CB05 favorável à biodegradação do efluente. A CB05 é a Carência Biológica de Oxigénio em cinco dias.

Para isso, e de acordo com a forma de realização da invenção, descrita mais particularmente adiante, é primeiramente realizado um tratamento fisico-quimico com catálise, flotação, microborbulhação nos quatro compartimentos de água do dispositivo, o que permite reduzir a CQO de 80% a 90% levando, por exemplo à obtenção de uma CQO compreendida entre 500 e 1000 mg/L.

Além disso, é efectuada simultaneamente uma hiperoxidação no último compartimento, que é parcialmente repetida nos outros 25 compartimentos, devido à transmissão dos produtos pelo circuito de circulação de caudal elevado que se faz em circulos.

Esta fase revela, por si só, ser capaz de destruir as moléculas complexas. Possibilita reduzir o nivel da CQO e de a baixar para menos de 120 mg/L de CQO.

Além disso, aumenta a razão CB05/CQ0 e revela assim uma biodegradabilidade elevada do substrato para um corte das cadeias moleculares que permite obter por fim a estrutura orgânica mais pequena possível, quer isto dizer o CO2.

De acordo com uma forma de realização especifica da invenção, a hiperoxidação é realizada a partir de iões OH°, obtidos por catálise.

Estes últimos são, por exemplo, produzidos na superfície de eléctrodos planos que estão empilhados em paralelo, inseridos num módulo, numa espessura de algumas dezenas de mm, por exemplo eléctrodos fabricados pela empresa alemã CONDIAS. É causada uma transferência de massa em contacto com os eléctrodos e a presença de um caudal o mais turbulento possível na travessia destes provoca um arrastamento de microbolhas.

Como se observou, uma forma de realização esquemática do módulo está representada, a título de exemplo não limitativo, com referência à figura 5. Os eléctrodos estão posicionados em paralelo, numa pilha. A sua largura, por exemplo da ordem de 5 cm, permite uma boa dispersão do fluido ao nível da superfície activa dos eléctrodos e evita os fluxos laminares que minimiza o efeito de dispersão no contacto com a superfície dos eléctrodos. 26 0 módulo é formado a partir de uma pequena câmara de superfície, por exemplo, oval, sendo o caudal de passagem 3 através dos eléctrodos, por exemplo, 20 m /h de modo a tornar o fluido eficaz e a carregá-lo suficientemente com oxidante OH°.

Devido a esta electrólise, o fluido torna-se hiperoxidante. Observa-se então que as reacções químicas se tornam fugazes e violentas, extraindo o radical hidroxilo um protão e um electrão (H+) à primeira estrutura orgânica que encontra, de modo a reformar uma molécula de água estável.

Compreende-se então, que este fenómeno seja acompanhado por um corte da estrutura carbonada produzindo uma estrutura radicalar à procura de um hidrogénio para remover. Há portanto uma cadeia de reacções de oxidação de matéria orgânica, que pode ser explorada. A hidrólise também produz uma concentração muito alta de microbolhas que vão provar funcionar como estruturas tensioactivas da molécula orgânica.

Durante a passagem de uma microbolha, observa-se então que a molécula se agarra através do seu pólo hidrófobo e ascende à superfície. Quanto mais densa a borbulhação, mais se constata que a extracção é boa e o processo de escumação é eficiente.

Representou-se com referência às figuras 7 a 11 os resultados de ensaios realizados com "águas brancas". Este é um efluente de aspecto leitoso, com um pH próximo da neutralidade (pH=6,8), produzido pela centrifugação, depois uma flotação que 27 permitiu a remoção de óleo. Está então a uma temperatura de cerca de 60 °C.

Mais precisamente, os produtos tratados são as matérias orgânicas provenientes do tratamento de sementes de oleaginosas após a subtracção das matérias lipídicas.

Estes resíduos resultam da refinação das sementes depois de uma fase de centrifugação utilizada para remover o complemento oleoso. O efluente a tratar é assim constituído por: proteínas, 2 a 3% da matéria seca. resíduos oleosos não recuperados por centrifugação, incluindo ceras (ácidos gordos com 30 carbonos), 20 a 30% da matéria seca. e glúcidos (maioritariamente amidos), o restante da matéria seca.

Por outras palavras, o efluente é maioritariamente constituído por estruturas carbonadas de cadeias longas ou por agregados destas estruturas moleculares.

Está em forma emulsionada com uma CQO de referência situada entre 15000 e 30000 mg/L.

Associada a esta CQO forte, é possível, além disso, observar uma razão CQ0/CB05 que é favorável à biodegradação do 28 efluente mas uma razão CQ0/CB021 particularmente desfavorável explicando as dificuldades encontradas pelas soluções habituais. 0 equilíbrio orgânico da matéria constituinte do efluente gera um consumo biológico em circulo que produz e reproduz uma matéria orgânica sem verdadeiramente a purificar.

Exemplo: Observou-se assim, nos processos operatórios das estações, a formação de moléculas de dextrina e especialmente de ciclodextrinas (dextrinas organizadas em anéis de forma cónica). Estas estruturas são biorresistentes, altamente solúveis e difusas. No tratamento clássico, o fenómeno de plastificação da matéria orgânica é só amplificado, sendo contudo o objectivo pará-lo.

Estes fenómenos conferem ao produto um resto de não biodegradabilidade com uma CQO que parece inextrincável, que se situa próximo de 1000 mg/L (+ ou = 300 mg).

Com o dispositivo de acordo com a invenção tendo quatro compartimentos de água, foi possível observar resultados excepcionais correspondentes às tabelas I a V (séries 1 a 5). O tratamento industrial dos efluentes foi realizado a um 3 3 caudal entre 1 e 2 m /h, um volume total da câmara de 5,5 m , e 3 um caudal de recirculação (conhecido como "loop") de 60 m /h. O sistema de oxidação é um sistema de electrólise do tipo descrito acima que é realizado no "loop" propriamente dito. O funcionamento do dispositivo é completado por uma acção 29 biológica em leito fixo de 100 litros.

Com referência à figura 7, obteve-se a Tabela I a seguir:

TABELA I

Amostra Número CQO mg/L Redução Efluente em bruto 1 18240 3 Tratamento em descontinuo de 5,5 m : 1 h/flotação + oxidação 2 1320 0,928 3 Tratamento em descontínuo de 5,5 m : 2 h/flotação + oxidação 3 1280 0,930 3 Tratamento em descontinuo de 5,5 m : 3 h/flotação + oxidação 4 1190 0,935 3 Tratamento em descontínuo de 5,5 m : 4 h/flotação + oxidação 5 1180 0,935 Tratamento em descontínuo de 5,5 m^: 5 h/flotação + oxidação 6 1170 0,936 + biologia 10 h 7 528 0, 971

Verifica-se que, para um tratamento de 5 horas em modo descontinuo, os resultados revelam uma redução de: 16920 mg/L de CQO na primeira hora, o que representa um rendimento de 93% de redução; 150 mg/L de CQO durante as 4 horas seguintes. O tratamento fisico-quimico atinge portanto um tecto a 30 cerca de 1100 mg/L. A fase biológica possibilita, por outro lado, retomar a redução da CQO.

Num periodo de tempo muito curto (relativamente ao baixo volume do filtro biológico), a redução da CQO é 654 mg/L (55%), isto é, 645 g da CQO para a totalidade do lote biológico. Isto é um desempenho melhor do que a razão máxima teórica (415 g para 10 h) .

Foi realizado um segundo exemplo com referência à figura 8 e permitiu obter a Tabela II a seguir:

TABELA II

Amostra Número CQO mg/L Redução Efluente em bruto 1 27840 3 Tratamento em continuo a 1 m /h durante 1 h 2 1160 0,958 Biologia em 10 h 3 628 0, 977 Biologia em 10 h + passagem de oxidação 4 420 0, 985

Desta vez, com a mesma instalação, a funcionar 3 continuamente a 1 m /h e melhorando o modo operatório de modo clássico relativamente ao modo de introdução e de mistura dos reagentes (um coagulante especifico na dose de 60 mg/L e um floculante especifico na dose de 40 mg/L), obteve-se uma redução da CQO (96%) ainda melhor, passando de 27840 para 1160 mg/L. 31

Independentemente da CQO inicial, a fase fisico-quimica aqui atinge um patamar na vizinhança de 1100 mg/L. 3 3

Apesar do modo continuo (a 1 m /h para 5,5 m de volume da câmara), a redução da CQO é tão eficaz como no modo descontinuo.

Em 10 h de filtração biológica, a redução foi de 45%, isto é, 532 mg/L ou 532 g de CQO para o lote biológico, isto é, um desempenho ainda melhor do que o óptimo teórico (415 g para 10 h) .

Este fenómeno, que ocorreu enquanto a biopelicula consumidora de matéria mal estava ainda formada, é a consequência da oxidação realizada durante a fase fisico-quimica.

Por outro lado, se for retirada uma amostra do efluente da fase biológica e que sofreu uma passagem através dos eléctrodos oxidantes, obtém-se uma redução certa de 740 mg/L (isto é, 64%) em relação ao produto antes da entrada na fase biológica. A oxidação permitiu obter uma redução de 208 mg/L da CQO, isto é, 208 g de CQO.

As figuras 9 e 11 referem-se às tabelas IV e V adiante. 32

TABELA IV

Amostra Número CQO mg/L Redução Efluente em bruto - emulsão oleosa 1 8500 Tratamento fisico-quimico V2 hora sem oxidação 2 2000 0,933 Tratamento físico-químico + Vi hora com oxidação 3 650 0,978

Trata-se aqui do tratamento de uma emulsão de óleos orgânicos e minerais, uma emulsão muito estável, estabilizada pelo fornecimento de tensioactivos exógenos.

Os dados são os seguintes:

Dispositivo: 1,3 m1 3

Caudal de funcionamento: 1 m /h Tempo de residência: 1 hora 20 minutos 3

Bombagem de recirculação para produção de bolhas de 40 m /h. 33 1

Oxidação na recirculação de 40 m /h por electrólise de produção de radicais hidroxilo livres.

Efluente: emulsão de 8500 mg de O2/L de CQO, MES: 150 mg/L, hidrocarbonetos totais: 5 mg/L Água após o tratamento:

MES: 35 mg/L CQO: 600 mg/L

Hidrocarbonetos totais: <0,05 mg/L.

TABELA V

Amostra Número CQO mg/L Redução Efluente em bruto - água com hidrocarbonetos 1 16000 Tratamento físico-químico 1 h 20 m 2 600 0, 943 3 Leito fixo biológico 9 m 3 100 0,990

Aqui, a água tratada é uma Agua carregada de hidrocarbonetos.

Os parâmetros utilizados são os seguintes: 3

Dispositivo: 5,5 m 3

Caudal de funcionamento: 4 m /h Tempo de residência: 1 hora 20 minutos 3

Bombagem de recirculação para produção de bolhas: 50 m /h 3

Oxidação na recirculação de 50 m /h por electrólise para produção de radicais hidroxilo livres (OH°), de H2O2 e de O3.

Efluente: CQO: 16000 mg de O2/L Água após o tratamento:

CQO: 600 mg de O2/L Água após tratamento complementar por leito fixo biológico 3 3 com 9 m de volume com um caudal de funcionamento de 0,5 m /h. 34

CQO: 100 mg/L

Vai agora ser descrita, com referência à figura 11, uma outra forma de realização de um dispositivo 71 com quatro compartimentos 72, 73, 74, 75, bem como o seu funcionamento de acordo com a invenção. O dispositivo 71 compreende uma bomba 76 que aspira o efluente.

Está aqui prevista a admissão de reagentes RI e R2 na dosagem desejada (bombas doseadoras 77) a caudais PD1 e PD2 por introdução antes e depois do corpo da bomba 76. A introdução é então realizada no reactor 78 do dispositivo pelo compartimento 72 na parte de cima com uma introdução na direcção do fundo do reactor para evitar um efeito de reflexões nas bordas do compartimento. A passagem entre os compartimentos 72 e 73 é feita pela unidade de transferência Tl localizada na parte inferior do tanque.

Durante a sua descida no compartimento 72, o efluente encontra uma corrente ascendente 79 do fluido tratado aspirado a 3 um caudal PI (por exemplo 100 m /h) no último compartimento 75 pela bomba 80.

Esta mistura é melhorada pela criação de um vórtice de modo conhecido per se, que optimiza o tempo de contacto. Esta mistura tem um interesse fisico uma vez que a corrente ascendente 35 beneficiou da produção de pequenas bolhas criadas por cavitação, por exemplo, baseada na velocidade do fluido através de um sistema 81 venturi.

Esta mistura tem um papel químico de oxidação, uma vez que a áqua do quarto compartimento tem um nível de oxidação muito alto, por exemplo, de 300 a 900 mV.

As acções de oxidação e de separação da fase sólido/líquido e colóide/líquido são então perpetuadas no sequndo compartimento, depois no terceiro e no quarto. 0 utilizador controla as válvulas do fundo do compartimento 82, 83 e 85 de modo a produzir um efeito de vórtice e de turbulência necessária ao bom funcionamento do processo, para distribuir as perdas de pressão e para controlar os respectivos caudais em função de parâmetros optimizados por um especialista na matéria.

Para ter um tempo de contacto suficiente, o especialista na matéria actua, de facto, graças a ensaios de aproximação sucessivos por actuação nos pontos de controlo da sua instalação de modo acessível ao operador e/ou técnico de engenharia química da técnica e tomando em consideração as especificações à entrada/à saída dos efluentes a tratar.

Esta regulação deve, além disso, permitir que a parte alta do tanque se mantenha muito calma, sem desordem, excepto a causada pela subida da matéria transportada pelas bolhas ascendentes, que capturam as cabeças hidrófobas da água. 36

Na forma de realização vantajosa descrita com referência à figura 11, especialmente eficaz, são ainda proporcionados circuitos hidráulicos externos de derivação suplementares 87, 88 e 89 ("loops" de oxidação). Estes permitem uma agitação suplementar forte em cada um dos compartimentos 73, 74 e 75 a 3 caudais elevados P42, P43, P44, por exemplo, de 40 m /h com reactores de electrólise e/ou dispositivo de oxidação suplementar (reactores 90, 91, 92).

Por outras palavras, enquanto o caudal teórico de passagem 3 através dos reactores de electrólise é, por exemplo, 10 m /h, é organizada uma recirculação a um caudal mais do que três vezes superior ao caudal teórico do reactor. O operador joga então com o fecho da electroválvula localizada numa conduta paralela à do reactor para aumentar o referido caudal.

Este sistema também permite que seja tão turbulento quanto possível na travessia do reactor e portanto no contacto com os eléctrodos para maximizar a probabilidade de encontrar oxidantes. Isto também permite recircular um maior número de vezes o volume total a tratar, o que aumenta mais a probabilidade de oxidação da matéria. À chegada à superfície, as bolhas rebentam e é a superfície que desempenha depois um papel de captação de matéria orgânica.

De acordo com a invenção, é necessário aqui que esta superfície esteja efectivamente limpa da sua matéria por raspagem ou sucção da fase sobrenadante.

Esta matéria densa mas cremosa é praticamente o único 37 resíduo do tratamento, o que é uma vantagem significativa da invenção. A velocidade de raspagem ou o caudal de sucção dos cremes deve de ser realizada de modo a remover a matéria com eficácia mas sem perturbar o carácter estático da película de água. 0 efluente beneficia de uma sucção forte T2 desde o segundo compartimento 73, sendo esta sucção feita numa zona 86 para acumulação de matéria e de bolhas da parte superior do compartimento.

Mais uma vez, deve evitar perturbar a calma da zona superior do compartimento situado acima.

De regresso ao compartimento 74 seguinte, a água foi então capaz de beneficiar de uma oxidação muito forte, e esta oxidação produziu bolhas.

Esta água é, em seguida, introduzida de novo na parte inferior T3 do compartimento 75 de modo a fazer beneficiar novamente da borbulhação favorável à separação de fases. É neste compartimento que a fase de poluição dissolvida é então sobretudo precipitada pela oxidação e especialmente pela electrólise se a electrólise for a técnica utilizada para produzir os oxidantes.

Uma vez precipitada, esta matéria é aqui de novo captada pelas bolhas no seu percurso para a parte superior do compartimento e é subtraída do meio. 38 À medida que se desloca na direcção do compartimento 75, a água pode assim beneficiar de uma oxidação muito forte que reduz o seu teor de matéria poluente, fragmentando a frio as moléculas.

Constata-se então que moléculas que não se tinha conseguido tratar até agora são reduzidas a moléculas de CO2 ou a moléculas mais pequenas que subsequentemente vão finalmente e mais facilmente ser susceptiveis de serem consumidas pelas bactérias.

Esta é a razão porque um tal processo é não apenas eficaz e utilizável só, mas também como um pré-tratamento antes de uma estação de purificação biológica mais clássica. A água perde assim, gradualmente, a sua carga poluente, orgânica, a sua cor e o seu cheiro.

Os efluentes são, em seguida, aspirados pela bomba 80 para serem injectados no "loop" 93 de oxidação compreendendo um dispositivo 94 de electrólise (reactor) e um dispositivo 95 de cavitação (caudal de ar CA), em paralelo.

Apresenta-se aqui a seguir uma tabela dos parâmetros utilizados por um especialista na matéria para regular 0 dispositivo aqui descrito acima para obter os resultados excelentes do tipo dos que vão ser apresentados a seguir com referência às figuras 12 a 15. 39

TABELA VI

Funções Parâmetros Hidrodinâmica 1 3 Caudal de tratamento P2, m /h Caudais de recirculação Pl, P42, P43, 3 P44: m /h Vórtice, abertura das válvulas do fundo do tanque 82, 83, 84, 85 Posição dos "loops" de oxidação, 93, 87, 88, 89 Distribuição das correntes da derivação geral, 82, 83, 84, 85 Cavitação, oxidação 2 3 Caudal de ar CA m /h Distribuição da corrente nos compartimentos do reactor (abertura das válvulas na parte baixa dos 4 compartimentos activos) 82, 83, 84, 85 Oxidação radicalar 3 Intensidade nos terminais dos reactores 2 90, 91, 92, 94 EL em A/cm 2 Superfície activa SA em m por reactor EL Localização dos reactores EL nos "loops" 93, 87, 88, 89 Caudal das recirculações através dos reactores, velocidade do fluido, 82, 83, 84, 84. Separação de fases 4 Introdução da oxidação compartimentos 72 a 75 Coagulação, PD1, caudal L/h Floculação, PD2, caudal L/h Escumação, VR velocidade de rotação do dispositivo de escumação 40

Para o conjunto do dispositivo, o tempo de residência varia em função do efluente tratado de 30 minutos até algumas horas, 3 ou 4 horas, por exemplo. O efluente chega, portanto, ao último compartimento depois de ter beneficiado de um escoamento vertical em cada compartimento precedente e tendo, portanto, tido um tempo de residência máximo e um tempo de contacto óptimo.

Um exemplo de purificação está apresentado adiante com o dispositivo descrito com referência à figura 11 para uma água carregada com matéria orgânica (carga fraca) e matéria inorgânica (Cloretos muito variáveis).

Trata-se de um efluente muito especifico com grande variabilidade: • Água do mar misturada com hidrocarbonetos brutos • Grande variedade de produtos brutos • CQO baixo que varia de 30 a 3000 ppm • CQO solúvel maioritária • cloretos (NaCl, MgCl, CaCÍ2, etc.) que variam de 3

(diluição) a 30 g/L

Os resultados obtidos estão apresentados na figura 12, dando a zona sombreada o efluente antes do tratamento e a zona em branco após o tratamento.

Constata-se aqui que as condições iniciais para o efluente 41 100 são muito diferentes das do efluente 101, ou 102 ou 103. São também apresentados três outros exemplos de resultados com referência às tabelas VII, VIII e IX adiante e às figuras 13 a 15, mostrando que, mesmo com uma grande variabilidade das CQO iniciais, a invenção permite obter resultados em que a CQO final está abaixo de um valor determinado e isto com a mesma instalação. A tabela VII corresponde à figura 13 (CQO de partida média). A tabela VIII corresponde à figura 14 (CQO de partida baixa). A tabela IX corresponde à figura 15 (CQO de partida mais alta). 42

TABELA VII 43

Parâmetros 1 2 3 4 5 6 Funcionamento Descontínuo Descontinuo Descontínuo Descontínuo Descontínuo Descontínuo Tempo de residência (h) 7 8 7 9 8 8 Superfície dos eléctrodos (m ) 4 4 4 4 4 4 Intensidade/reactor (A) 150 200 125 250 250 150 Caudal PI (mJ/h) 20 20 30 30 30 20 Caudal P4 (mJ/h) 10 10 10 10 10 10 Velocidade de escumação (rpm) 1 1 1,5 1,5 1 1 Injecção de coagulante ppm/momento 15 ppm no arrancpue 5 ppm no meio do ciclo 10 ppm no arrancpe 10 ppm no meio do ciclo 20 ppm no arrancpe 5 ppm no meio do ciclo 20 ppm no arrancpe 5 ppm no meio do ciclo 20 ppm no arranque 10 ppm no meio do ciclo 20 ppm no arranque 10 ppm no meio do ciclo Injecção de floculante ppm/momento 2 ppm no arranque 2 ppm no meio do ciclo 5 ppm no arranque 3 ppm no meio do ciclo 2 ppm no arranque 1 ppm no meio do ciclo 3 ppm no arranque 1 ppm no meio do ciclo 1 ppm no arranque 1 ppm no meio do ciclo 1 ppm no arranque 1 ppm no meio do ciclo Cavitação 65% 50% 50% 50% 50% 65% Posição de oxidação geral (G) particular (Ci) &£4 ou derivação geral e derivação no 40 ccprtimento d£4 ou derivação geral e derivação no 40 ampartimento d£4 ou derivação geral e derivação no 4° oaripartimento G+C4 ou derivação geral e derivação no 4° ccprtimento OC4 ou derivação geral e derivação no 4° oaprtimento G+C4 ou derivação geral e derivação no 4° ocprtimento

TABELA VIII

Parâmetros 1 2 3 4 Funcionamento Descontínuo Descontínuo Descontínuo Descontinuo Tempo de residência 7 8 8 9 (horas) Superfície dos , 2 electrodos (m ) 4 4 4 4 Intensidade/reactor 150 150 200 150 (A) -3- Caudal PI (m /h) 205 20 30 30 -3“- Caudal P4 (m /h) 10 10 10 10 Velocidade de 1 1 1,5 1,5 escumação (rpm) Injecção de 20 ppm no 10 ppm no 20 ppm no 20 ppm no coagulante arranque arranque arranque arranque ppm/momento 10 ppm no 10 ppm no 10 ppm no 20 ppm no meio do ciclo meio do ciclo meio do ciclo meio do ciclo Injecção de 2 ppm no 5 ppm no 2 ppm no 3 ppm no floculante arranque arranque arranque arranque ppm/momento 2 ppm no meio 3 ppm no meio 1 ppm no meio 1 ppm no meio do ciclo do ciclo do ciclo do ciclo Cavitação 50% 50% 50% 50% Posição de G+C4 G+C4 G+C4 G+C4 oxidação em derivação derivação derivação derivação derivação geral e geral e geral e geral e geral ou derivação no derivação no derivação no derivação no particular i 40 40 40 40 compartimento compartimento compartimento compartimento 44

TABELA IX

Parâmetros 1 2 3 4 Funcionamento Descontínuo Descontínuo Descontínuo Descontínuo Tempo de residência 7:30 8 8 h 30 9 (horas) Superfície dos 4 4 4 4 2 electrodos (m ) Intensidade/reactor 50 75 200 100 (A) -3- Caudal Pl (m /h) 35 20 30 40 Caudal P4 (rrfVh) 10 10 10 10 Velocidade de 1 2 1 2 escumação (rpm) Injecção de 20 ppm. no 10 ppm no 20 ppm no 20 ppm no coagulante arranque arranque arranque arranque ppm/momento 10 ppm no 10 ppm no 10 ppm no 10 ppm no meio do ciclo meio do ciclo meio do ciclo meio do ciclo Injecção de 2 ppm no 2 ppm no 2 ppm no 3 ppm no floculante arranque arranque arranque arranque ppm/momento 1 ppm no meio 2 ppm no meio 1 ppm no meio 2 ppm no meio do ciclo do ciclo do ciclo do ciclo Cavitação 50% 50% 50% 100% Posição de OC4 G+C4 OC4 G+C4 oxidação em derivação derivação derivação derivação derivação geral e geral e geral e geral e geral ou derivação no derivação no derivação no derivação no particular i 4° 4° 4° 4° compartimento compartimento compartimento compartimento 45 É evidente que um especialista na matéria, em função dos efluentes a tratar, vai adaptar o tamanho das diferentes bolhas no inicio e as taxas de oxidação de modo a obter a CQO desejada e isto por melhoramento sucessivo, se necessário, no momento das pré-regulações da instalação durante o arranque antes da sua exploração industrial, de modo conhecido.

Como é evidente e como resulta também do anteriormente referido, a presente invenção não está limitada às formas de realização mais particularmente descritas. Abrange, pelo contrário, todas as variantes e especialmente aquelas em que, por exemplo, a câmara não é cilíndrica ou então em que as lamas são descarregadas por aspiração e não por raspagem.

Lisboa, 10 de Fevereiro de 2011 46

Claims (25)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para purificação de efluentes líquidos carregados com substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não, para as levar abaixo de um limiar de CQO determinado, em que a água é separada das substâncias por realização numa mesma câmara (3) vertical compreendendo, pelo menos, dois compartimentos, uma borbulhação vertical nos efluentes introduzidos a um caudal d e, simultaneamente, na mesma câmara a oxidação química hidráulica ou gasosa dos referidos efluentes, caracterizado por a câmara (3) ter uma superfície livre e compreender, pelo menos, três compartimentos (4, 5, 6, 7) que comunicam entre eles de modo a permitir a circulação entre compartimentos sucessivamente de cima para baixo e de baixo para cima e assim sucessivamente, sendo os efluentes introduzidos de um lado e sendo retirados de outro lado na parte de cima da câmara ao referido caudal d, sendo os efluentes circulados por meio de um circuito hidráulico externo (26) através do compartimento entre a sua parte de baixo e um nível médio a um caudal global D, pelo menos, três vezes maior do que o caudal d e a fase sobrenadante é continuamente descarregada, sendo a velocidade de oxidação química e também o caudal e o tamanho das bolhas seleccionados para se obter progressivamente uma separação das fases sólida/líquida ou líquida/líquida na superfície da câmara, possibilitando a obtenção de uma CQO abaixo de um determinado limiar.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por 1 o oxidante químico ser, só ou em associação, escolhido dos oxidantes H2O2, O3, 0o ou 0H°.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o oxidante químico ser injectado num circuito de derivação de um dos compartimentos.
4. 4. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a fase sobrenadante ser continuamente descarregada por raspagem das lamas flutuantes na parte superior de um compartimento (8) de extravasamento.
5. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a oxidação química ser essencialmente realizada no último compartimento (7) para circulação dos efluentes da câmara.
6. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a oxidação química compreender a borbulhação de microbolhas obtidas por electrólise, conhecida como nanoborbulhação.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a nanoborbulhação ser obtida por circulação de uma parte dos efluentes reciclados por eléctrodos planos paralelos que produzem substâncias radicalares à superfície dos referidos eléctrodos.
8. 8. Processo de acordo com uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por 0 caudal da nanoborbulhação estar 2 compreendido entre 2 d e 15 d.
9. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o caudal D para efluentes circulantes através dos compartimentos ser superior a dez vezes o caudal d.
10. 10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a borbulhação ser realizada com ar, estando o tamanho médio das bolhas quando são emitidas entre 0,5 mm e 5 mm.
11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a borbulhação vertical ser obtida por cavitação no circuito de circulação dos efluentes.
12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o caudal D ser reinjectado na parte de baixo de um ou mais compartimentos.
13. 13. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o regime hidráulico vertical na câmara (3) ser seleccionado de modo que a parte inferior 2 -1 esteja num regime altamente turbulento (Re >> 3000 m s ) e a parte superior próxima da superfície livre esteja num 2 -1 regime laminar (Re < 2000 m s )
14. 14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por ser efectuada agitação adicional a um caudal elevado num ou mais dos 3 compartimentos por recirculação através de um circuito de derivação ligado ao compartimento em causa.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por também ser realizada oxidação adicional no circuito de derivação.
16. 16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por também compreender filtração biológica.
17. 17. Dispositivo (1) para purificação de efluentes líquidos carregados com substâncias orgânicas e/ou minerais, dissolvidas ou não, para as levar abaixo de um determinado limiar de CQO, compreendendo uma câmara (3) vertical compreendendo pelo menos dois compartimentos (4, 5, 6, 7) verticais adjacentes que comunicam uns com os outros, meios para fornecer ar para borbulhação vertical na parte inferior dos compartimentos, meios (29) para introdução de efluentes num lado e meios (34) para os retirar do outro lado na parte de cima da câmara a um caudal d e meios (37) para alimentar os referidos efluentes com fluido de oxidação química hidráulica ou gasosa, caracterizado por a câmara compreender, pelo menos, três compartimentos que comunicam uns com os outros através de uma ou mais aberturas CM CM 23, 24) feitas numa parede na sua parte inferior por um lado e a nível médio por outro lado, de modo a permitir a circulação entre compartimentos sucessivamente de cima para baixo e de baixo para cima e assim sucessivamente, meios (20) para circulação dos efluentes entre as aberturas na parte inferior das paredes 4 e a um nível médio a um caudal D, pelo menos, três vezes maior do que o caudal d através de um circuito (26) hidráulico externo, meios para descarregar continuamente a fase sobrenadante e meios (19) de controlo que permitem ajustar a velocidade de oxidação química e também o caudal e o tamanho das bolhas de modo a obter uma separação da fase sólida/líquida e/ou líquida/líquida dos efluentes na superfície da câmara, possibilitando a obtenção de uma CQO abaixo de um determinado limiar.
18. 18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por ter cinco compartimentos (4, 5, 6, 7, 8) incluindo quatro (4, 5, 6, 7) para circulação dos efluentes e um (8) para descarregar as lamas flutuantes.
19. 19. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 e 18, caracterizado por os compartimentos terem uma altura útil compreendida entre 2 m e 6 m.
20. 20. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado por a razão da altura útil H e a secção S de cada compartimento estar compreendida entre 4 e 10.
21. 21. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado por a oxidação química ser realizada por produção de radicais livres hidroxilo OH° a partir da molécula de água H20 por uma técnica de electrólise.
22. 22. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado por as bolhas de ar para borbulhação 5 vertical serem produzidas no circuito (20) para efluentes circulantes por meios de cavitação.
23. 23. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado por, pelo menos, um compartimento compreender um circuito de derivação que está ligado a ele para recirculação a caudal elevado.
24. 24. Dispositivo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por o circuito de derivação compreender meios para oxidação adicional por electrólise.
25. 25. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 24, caracterizado por compreender ainda meios de tratamento por filtração biológica. Lisboa, 10 de Fevereiro de 2011 6 1/8

    2/8

    FIG.5 3/8

    24 21 FIG.4 4/8 LH LΠ

    FIG.6 5/8 CQO mg de 02/L

    FIG.7 CQO mg de 02/L

    FIG.8 6/8 CQO mg de 02/L

    CQO mg de 02/L

    FIG.10 7/8

    FI6.12 8/8 % % m 1 1 1 P 1 1 1 í 1 É 1 1 1 1 í 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 ZD_ 1 1 FI6.13 m m 777-, m //a % % A a A. % A w, A A yy. m É A V/, A i % ff i 'A, '///, % % A a 'ák A FI6.14

    FIG.15