PT739311E

PT739311E - Sistema de descontaminacao de liquido que utiliza descarga electrica com injeccao de gas

Info

Publication number: PT739311E
Application number: PT95908031T
Authority: PT
Inventors: Hugh W Greene; Paul E Chism Jr
Original assignee: Scient Utilization Inc
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 2000-10-31
Also published as: US5464513A; CN1138316A; CA2178963A1; CA2178963C; WO1995018768A1; DE69516666T2; BR9506486A; CA2126935A1; GR3033835T3; US5630915A; CA2126935C; JPH09507428A; DE69516666D1; ES2147284T3; JP3983282B2; ATE192416T1; EP0739311B1; EP0739311A4; EP0739311A1; CN1119290C

Description

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DESCRICÀO “Sistema de descontaminação de líquido que utiliza descarga eléctrica com injecção de gás”

CAMPO TÉCNICO O presente invento refere-se em geral a métodos e sistemas utilizados na purificação e descontaminação de água, lama e outros líquidos que contêm produtos químicos tóxicos ou indesejáveis e microrganismos patogénicos. Mais particularmente, o sistema do presente invento pertence aos sistemas de descontaminação de líquido pelo que a destruição e/ou eliminação de contaminantes é iniciada por uma descarga eléctrica dentro de uma corrente de líquido.

ARTE ANTERIOR

Nos últimos anos tem-se realizado um esforço significante na pesquisa e desenvolvimento das operações de limpeza ambiental, e em particular na purificação e descontaminação da água subterrânea, água residual e água potável. A necessidade de descontaminação da água pode variar do tratamento contínuo de água residual industrial ao procedimento com a contaminação de uma vez de piscinas de água ou reservatórios numa única localização. Consequentemente necessitam-se métodos que sejam verosímeis não só em grande mas também em pequena escala.

Foram utilizadas várias técnicas na arte anterior para destruir ou remover materiais contaminantes e tóxicos nos fornecimentos de água. Estas incluíram a utilização de ondas de choque criadas por vibrações ultra-sónicas e exposição da água a radiação ultravioleta. A electricidade foi também empregue como agente descontaminante, tal como pela introdução de iões carregados positivamente dentro de uma corrente de água para causar a coagulação e separação de partículas, e por meio da passagem da corrente eléctrica dentro de uma câmara de fluído pelo que o fluxo de corrente entre o ânodo e cátodo tem um efeito tóxico sobre os microrganismos próximos. A cloração é bem conhecida e eficaz na limitação de bactérias e microrganismos mas tem pouco efeito em produtos químicos orgânicos. De modo contrário, os filtros de carvão activado podem remover produtos químicos orgânicos mas tais filtros são extremamente caros e requerem uma manutenção regular.

85 225 ΕΡ0 739 311/ΡΤ 2 A utilização de injecção de ozono (O3) pode também ser eficaz. Contudo, para ser eficiente, uma instalação de ozonização deve ser extremamente grande. Por isso, o seu custo e tamanho tomam-na inadequada para utilização, por exemplo, para limpar pequenos locais de água subterrânea contaminada e residual. Os sistemas de injecção de peróxido de hidrogénio têm também sido utilizados, alguns com activação de lâmpada de lampejo de UV, para criar os radicais -OH necessários para combinar com os compostos orgânicos. Esta técnica proporciona a limpeza adequada de contaminantes e produtos químicos orgânicos mas é muito dispendiosa devido ao grande requisito de elevada pureza do peróxido de hidrogénio e à necessidade de manutenção regular devido à contaminação da superfície das lâmpadas de lampejo de UV que evita a exposição adequada do peróxido de hidrogénio à energia UV.

Os filtros de carvão activado fazem um trabalho de limpeza adequado para produtos químicos orgânicos mas são extremamente dispendiosos e têm de ser mudados regularmente e assim não garantem resolver os problemas numa base nacional. A US 4 917 785 descreve um sistema de processamento de líquido que inclui descarga de alta energia. A US 4 957 606 descreve a separação das substâncias dissolvidas e não dissolvidas a partir de líquidos utilizando ondas de choque de elevada descarga de energia.

Num problema relacionado, milhares de industrias de fabricação por todo o país têm de lutar com um subproduto, ou efeito lateral da produção, que pode ser perigoso para o público em geral ou para 0 meio ambiente local. O processo de produção em si próprio pode criar produtos químicos orgânicos ou outros contaminantes que são nocivos para o ambiente e para os humanos. Na indústria alimentar, o problema é mais ffequentemente devido ao facto de que as provisões de alimentos atraem, ou aceitam, bactérias e/ou organismos biológicos que são nocivos se consumidos. Estes organismos patogénicos (salmonela, vírus, bactérias, etc) constituem um desafio para os fabricantes em algum ponto no processo de produção, e antes da expedição para as saídas de retalho. Na maioria dos casos, o fabricante utilizará um desinfectante químico ou utiliza um processo na instalação que eliminará virtualmente a possibilidade de problemas devidos à contaminação do produto. Isto é bom para os consumidores finais, mas põe outro problema para o ambiente se estes produtos desinfectantes ou químicos são descarregados da instalação para corpos vizinhos de água ou aterros, que podem ser sugados para dentro dos sistemas de águas subterrâneas.

Existem muitos tipos de produtos desinfectantes e químicos utilizados neste tipo de processamento. Um dos mais eficazes é 0 desinfectante à base de fenol. O fenol combate os

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85 225 ΕΡ 0 739 311/ΡΤ organismos patogénicos, e outros compostos nocivos, e é utilizado largamente por muitas industrias várias. O efeito colateral da utilização de um desinfectante de base fenólica é que ele coloca uma ameaça para o ambiente devido à sua elevada Exigência de Oxigénio Biológico (BOD). Esta BOD compete pelo oxigénio com outros organismos de cadeia mais elevada quando libertado no ambiente. A Agencia de Protecção do Ambiente (EPA) obriga actualmente a um limite de 0,5 ppm de média diária e ao limite máximo de 1,0 ppm se descarregado para o ambiente local. Esta concentração de fenol no ambiente nativo aparentemente não põe qualquer ameaça à cadeia alimentar natural, e por isso é aceitável pelos padrões governamentais. Contudo, muitas industrias não estão de acordo com este regulamento, ou não têm alternativas de custo-eficácia para a destruição do desinfectante antes de ele ser libertado no ambiente. Por isso, muitas industrias estão a instalar tecnologia de tratamento de água residual intemamente para conservar os seus produtos seguros para os utilizadores finais e para o ambiente local.

Na produção de provisões de carne de aves domésticas, produtos, e ovos, muitas quintas de processo e instalações utilizam fenol como um desinfectante. Algumas estão a forçar um processo de isenção de salmonela que seja único em toda a industria. Este processo protege os seus empregados e consumidores finais da possível contaminação com salmonela. Parte do processo requer a utilização de fenol como um desinfectante para lavagem do equipamento de lavagem, máquinas, e a generalidade da instalação. A água residual de lavagem com o subproduto fenol é frequentemente recolhida e descarregada localmente num pequeno corpo de água. Isto põe um problema porque a concentração de fenol está tipicamente para além dos limites permitidos estabelecidos pela EPA para a descarga local. Um volume de água de lavagem de 33 000 litros/semana (8 700 gal/semana) com um concentração de fenol de 20 ppm ou mais não é incomum.

Existe outro problema para os milhares de instalações de processamento de água residual nos USA que utilizam algum tipo de equipamento de desidratação de lama. A maior parte das instalações de tratamento de resíduos nos Estados Unidos utiliza o processamento biológico ou organismos vivos chamados “bichos” como um meio de processamento final da água residual dos sistemas de esgoto ou de processos industriais. O resultado final é que a única matéria sólida que permanece depois do processamento do material residual são os próprios “bichos”. A água que contêm estes “bichos” no tanque de processamento final é chamada lama. O problema criado por este meio de processamento de resíduos é o facto de que o material sólido restante ter que ser removido e eliminado antes da água processada poder ser reciclada ou expelida para um rio ou riacho. O limite para a capacidade de operação é a velocidade de desidratação. A estrutura da

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 4 célula dos organismos que compreendem a lama retém água e energia significativa e é requerido tempo para remover esta água. Em muitos casos o equipamento de tratamento convencional não pode remover uma quantidade suficiente de água para permitir a transferência do bolo de lama processado para um aterro sem secagem adicional. Se a lama húmida é enviada para um aterro pronto para material residual do tipo lama húmida, então os custos de eliminação são mais elevados.

Existem muitos tipos de equipamentos de desidratação para separar fisicamente o material sólido da lama. Os exemplos incluem a prensa de correia, a prensa de prato e armação e a centrífuga. Uma vez o material sólido removido por este equipamento de desidratação, ele deve ser eliminado de qualquer maneira. A primeira aproximação é o transporte deste material para um aterro. As limitações para esta aproximação são o tempo e energia requeridos para fisicamente remover a água e a secagem do material comprimido ou “bolo” depois do processo de desidratação. Se a fase da desidratação é muito lenta, então tem que ser empregue um equipamento extra para processar um certo débito de lama. Se o bolo não está suficientemente seco, o material tem que ser processado adicionalmente ou eliminado num aterro especial que custa muito mais utilizar. Se poder ser encontrado um aterro para aceitar o bolo mais húmido, então existe um aumento significativo no custo associado com o transporte do material mais pesado devido à água adicional que não foi removida. O resultado líquido é, se a velocidade de desidratação pudesse ser duplicada, um dado volume de lama podia ser processado em metade do tempo com metade do equipamento de desidratação. Se o bolo pudesse ser mais seco, então todo o material sólido podia ser eliminado a um custo mínimo. Um tal processo pouparia quantidades significativas de equipamento capital e custos de operação. O que é necessário, então, é um sistema de purificação de líquido e descontaminação que possa destruir ou remover eficazmente uma variedade de materiais orgânicos e tóxicos químicos a custo relativamente baixo, que não requeira a adição de outros produtos químicos ou processamento adicional da água contaminada, e que possa ser adaptado para utilização não só em operações de grande escala como em pequena escala. O que é também necessário é um processo de tratamento de lama que possa não só resolver o problema da velocidade de desidratação mas também de secagem do bolo com uma operação única. Um tal sistema está presentemente em falta na arte anterior.

DESCRICÀO DO INVENTO

Um objectivo do presente invento é proporcionar um sistema e um método de descontaminação de líquido que seja eficaz não só com as bactérias e outros organismos

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 5 assim bem como com os produtos químicos orgânicos.

Ainda outro objectivo do presente invento é proporcionar um método e sistema de purificação de líquido que possa não só ser rentável mas também eficiente quer seja operado numa grande ou pequena escala.

Um objectivo adicional do presente invento é empregar um sistema de purificação de líquido que concorrentemente efective vários modos diferentes de acções de descontaminação mas sem adicionar complexidade ao próprio sistema.

Ainda outro objectivo do presente invento é fornecer um sistema de descontaminação que possa ser utilizado para tratar água e lama a um custo mais baixo.

Para conseguir estes e outros objectivos, o sistema do presente invento utiliza uma combinação sinergética de radiação ultravioleta, ondas de choque mecânicas pulsadas, e ionização da corrente de líquido, como acções de descontaminação e purificação dentro do líquido a ser tratado. O líquido a ser descontaminado é dirigido através de um ou mais módulos de descontaminação dispostos em série ou paralelo. Um par de eléctrodos prolonga-se transversalmente através de uma câmara dentro do módulo, definindo nela uma abertura de arco ou área de descarga eléctrica. O líquido contaminado é introduzido dentro da câmara e módulo através de uma entrada onde ele passa através ou próximo da área de descarga. Um gerador de impulsos que utiliza um interruptor de estado sólido de alta potência fornece uma sequência rápida de arco que induz impulsos eléctricos através dos eléctrodos, produzindo desse modo uma série de arcos de descargas eléctricas na área de descarga entre os eléctrodos. Os arcos são de energia suficiente pelo que um arco de indução de plasma é sustentado pelo líquido através dos eléctrodos, gerando níveis letais de radiação ultravioleta assim bem como ondas de choque mecânicas que têm a capacidade de matar directamente os micro-organismos e enfraquecer outros. Adicionalmente, as moléculas de água próximas da área de descarga são quebradas em radicais excitados, que incluem iões hidroxilos e oxigénio livre, que se combinam com os produtos químicos orgânicos para eliminá-los da corrente de água.

Para permitir a geração de arcos entre os eléctrodos é injectado gás através do conjunto de ânodo para dentro da área de descarga eléctrica. Adicionalmente, melhoramentos do sistema para uma concretização de tratamento de água de carga de escoamento baixo incluem a bombagem de peróxido de hidrogénio para dentro de um tanque de retenção de pré-processamento antes do tratamento de descarga de arco e melhoramento de distribuição de ozono através do líquido antes da entrada num tanque de pós-tratamento. 6 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ Ο sistema aqui descrito representa um maior avanço científico que oferece todos os efeitos da purificação primária/descontaminação (UV, Ch, OH, O2, choque, morte eléctrica) das outras técnicas numa única aproximação, proporcionando um resultado sinergético não conseguido por quaisquer outros sistemas. A Fig. la é uma representação esquemática de um sistema de descontaminação de líquido com um módulo de descontaminação mostrado numa vista em corte. A Fig. lb é uma representação esquemática do sistema de descontaminação de líquido do presente invento que inclui injecção de gás, com o módulo de descontaminação mostrado numa vista em corte. A Fig. 2 é uma vista de extremidade, olhando através do módulo de descontaminação da concretização do invento de Fig. la. A Fig. 3 é um diagrama esquemático do gerador de impulsos das concretizações das

Figs. la ou lb. A Fig. 4 é uma representação esquemática do sistema de encanamento e componentes do sistema de descontaminação de líquido configurados para utilização no tratamento de carga de baixo escoamento de água residual. A Fig. 5 é uma representação esquemática do sistema eléctrico e componentes da concretização do tratamento de água residual de carga de baixo escoamento do sistema da Fig. 4. A Fig. 6a é uma vista por cima do conjunto de cátodo utilizado no módulo de descontaminação do sistema de tratamento de água residual da Fig. 4. A Fig. 6b é uma vista lateral do conjunto de cátodo da Fig. 6a. A Fig. 7a é uma vista de fundo do conjunto de ânodo utilizado no módulo de descontaminação do sistema de tratamento de água residual da Fig. 4. A Fig. 7b é uma vista lateral do conjunto de ânodo da Fig. 7a. A Fig. 8 é uma vista em perspectiva em corte do modulo de descontaminação do sistema de tratamento de água residual de carga de baixo escoamento da Fig. 4. A Fig. 9 é ma vista em perspectiva da caixa do sistema de um sistema de descontaminação de líquido que é configurado para tratamento de lama.

As Figs. 10a, 10b e 10c são representações esquemáticas do sistema de encanamento e componentes do sistema de tratamento de lama da Fig. 9, que mostram o módulo de descontaminação nas versões de câmara única, câmara em série dupla e câmara paralela dupla, respectivamente.

As Figs. 11a, 11b e 11c são vistas em perspectiva do módulo de descontaminação do sistema de tratamento de lama da Fig. 9, que mostra o módulo nas versões de câmara única, câmara paralela dupla e câmara em série dupla das Figs. 10a, 10c e 10b, respectivamente.

85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ 7 A Fig. 12 é uma vista em perspectiva do módulo de câmara única das Figs. 10a e 11a, que mostra a câmara de eléctrodo duplo interna em fantasma. A Fig. 13a é uma vista em perspectiva aumentada da câmara de eléctrodo duplo da Fig. 12. A Fig. 13b é uma vista aumentada dos conjuntos de ânodo e cátodo da concretização do sistema de descontaminação de lama das Figs. 9 a 12, que mostra as suas orientações respectivas quando montados na câmara da Fig. 13a. A Fig. 14 é uma vista lateral da câmara da Fig. 13a. A Fig. 15 é uma vista de frente em corte parcial da câmara da Fig. 13a, que mostra a área de descarga de arco entre um par de eléctrodos. A Fig. 16 é uma vista de cima da câmara da Fig. 13a. A Fig. 17 é uma vista em corte da câmara da Fig. 13a, que mostra a localização dos deflectores da câmara. A Fig. 18 é uma vista em corte de uma versão do módulo de descontaminação utilizado no sistema de tratamento de lama da Fig. 9, que tem séries de câmaras de eléctrodo como mostrado nas Figs. 10b e 11c. A Fig. 19a é uma vista em corte aumentada do conjunto de cátodo da Fig. 15, que mostra o dispositivo de aperto do isolador na chapa superior da câmara. A Fig. 19b é uma vista por cima do grampo de eléctrodo da Fig. 19a. A Fig. 20 é uma representação esquemática do gerador de impulsos da concretização do sistema de descontaminação de líquido utilizado no sistema de tratamento da água residual de carga de baixo escoamento da Fig. 4 e no sistema de tratamento de lama da Fig 10b. A Fig. 21 é uma representação esquemática do sistema eléctrico e componentes da concretização do sistema de tratamento de lama do sistema de descontaminação de líquido.

MELHOR MODO PARA LEVAR A CABO O INVENTO O método de descontaminação de líquido do presente invento utiliza três modo distintos de purificação e descontaminação de água ou outro líquido, que se combinam numa maneira sinergética para remover ou destruir materiais orgânicos e toxinas químicas. O evento que inicia cada destes modos de descontaminação distintos é uma série de arcos eléctricos pulsados que são produzidos dentro da corrente de líquido. Utilizando uma voltagem de descarga de entre 10 kV a 50 kV, com pico de corrente de arco de 70A, é criado um efeito de plasma na câmara de descontaminação próxima da área de descarga do arco. O resultado imediato é uma temperatura localizada de 10 000 a 15 000 °K e pressões de plasma localizadas de entre 100 a 1000 MPa. Como uma primeira consequência da descarga, o arco em si mesmo gera níveis elevados de radiação ultravioleta que é destrutiva de muitos 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ

organismos vivos encontrados nas correntes de água. Segundo, a temperatura elevada causa uma expansão rápida e depois arrefecimento da água ambiente, produzindo uma onda de choque mecânica dentro da unidade de descontaminaçào, resultando não só na destruição imediata de muitas bactérias e microrganismos assim bem como na destruição de membranas e alojamentos protectivos de outros, expondo-os por esse meio à radiação ultravioleta ou outros efeitos letais. Em terceiro lugar, a descarga eléctrica quebra a própria água em electrões hidratados, iões, e radicais livres excitados, que incluem H, OH, HO2, e 0+. Estes radicais atacam directamente as bactérias e vírus e depois combinam-se com os produtos químicos orgânicos para eliminá-los, de modo semelhante aos sistemas de injecção de peróxido de hidrogénio e ozono anteriormente mencionados.

Assim, o evento significativo no método é a criação de um arco eléctrico de alta energia dentro de água. Um sistema 10 que criará um tal arco é mostrado em geral na Fig. 1 a. Os efeitos de descontaminação e purificação tomam lugar dentro de um ou mais módulos de descontaminação 12 através dos quais a terra, resíduo, ou água potável passa durante o processo de descontaminação. Numa concretização preferida, 0 módulo 12 tem uma parede de câmara de forma geralmente cilíndrica 14 que, em conjunção com a entrada de água 16 e abertura de descarga de água 18, definirá nele uma câmara de descontaminação 13 que contém fluído. Nesta primeira concretização do sistema 10, o módulo de descontaminação 12 será preferivelmente construído de material plástico Lexan', com um diâmetro interior de aproximadamente 3 cm.

Montados transversalmente em lados opostos da parede 14 estão eléctrodos que induzem arco na forma de um conjunto de ânodo 22 e conjunto de cátodo 30. O conjunto de ânodo 22 inclui um componente eléctrodo de ânodo 23 (Fig. 2), preferivelmente feito de tungsténio, que tem uma forma geralmente cilíndrica, aproximadamente 1/8 polegada de diâmetro, que termina numa ponta. O conjunto de ânodo 22 será suportado quando entra e passa através da parede de câmara 14 pelo isolador 24, feito de Teflon® PTFE, e mecanicamente adaptado para remoção fácil do conjunto de ânodo 22 e para ajustamento da sua posição dentro da câmara 13. O conjunto de cátodo 30 terá geralmente um prato arqueado rectangular ou componente eléctrodo de cátodo 32 que é substancialmente alinhado longitudinalmente com e próximo da superfície interior da parede 14. Um terminal eléctrico 34 do conjunto de cátodo 30 prolonga-se perpendicularmente a partir da extremidade distante do componente eléctrodo de cátodo 32. Um vedante de retenção de fluído (não mostrado) será colocado em tomo do terminal 34 de uma maneira convencional para evitar a libertação da água contaminada de dentro do módulo 13. 9 85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ

Como observado nas Figs. la e 2, uma área de descarga de arco 26 é definida entre a superfície plana do componente eléctrodo de cátodo 32 e a extremidade próxima do componente eléctrodo de ânodo 23. O comprimento desta área de descarga 26, ou distância entre a extremidade pontiaguda próxima do componente eléctrodo de ânodo 23 e a extremidade próxima do componente eléctrodo de cátodo 32, é crítica para o funcionamento adequado do sistema de descontaminação 10. O espaçamento deve ser maximizado para um débito óptimo, consistente, contudo, com a capacidade para produzir e sustentar descarga eléctrica segura e arco 27 entre o componente eléctrodo de ânodo 23 e o componente de eléctrodo de cátodo 32. Numa concretização preferida do sistema, o comprimento da área de descarga 26 será aproximadamente 1,0 cm. O componente eléctrodo de ânodo 23 é a única parte do sistema que requer substituição periódica. Por isso, a utilização de um material altamente durável no fabrico do conjunto de ânodo é importante. Os metais descobertos como aceitáveis para utilização no fabrico do componente eléctrodo de ânodo 23 incluem liga de tório tungsténio e liga de crómio. O componente eléctrodo de cátodo 32 pode ser feito de qualquer metal durável que seja adequado para funcionamento a longo prazo, aço inoxidável, por exemplo. O componente eléctrodo de cátodo 32 do conjunto de cátodo 30 deve ter aproximadamente 2 cm por 2 cm, com uma espessura de 0,2 cm.

Para criar um arco 27 entre o componente eléctrodo de ânodo 23 e o componente eléctrodo de cátodo 32, o conjunto de ânodo 22 é ligado ao gerador de impulso 50 (Fig. 1) por meio do cabo positivo 20. Um cabo negativo 19 é ligado também a partir do terminal 34 do conjunto de cátodo 30 ao lado negativo do gerador de impulso 50.

Para conseguir o objectivo da geração repetitiva de ondas de choque dentro da câmara 13 do módulo de descontaminação 12, como uma consequência da geração do arco 27, são utilizados meios para pulsar o arco. Olhando agora a Fig. 3, é proporcionado um detalhe adicional olhando o desenho do gerador de impulso 50. Preferivelmente o gerador de impulso 50 será do tipo de descarga capacitiva, que tem um condensador de descarga 54 com uma capacidade de aproximadamente quarenta microfarades e regulado a 3 500 V. O condensador 54 é descarregado por meio do interruptor de estado sólido de alta potência 56, que é concebido e seleccionado de modo que possa descarregar o condensador para dentro do transformador de impulso de saída 58 num microsegundo.

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Para produzir um arco eléctrico de energia suficientemente alta 27 na área de descarga 26, o transformador de impulso 58 tem que ser capaz de produzir um impulso de 40 000 V, 30 A no conjunto de ânodo 22, baseado num impulso de 1 500 V, 1 100 A a partir do condensador 54. Assim, numa concretização preferida, o interruptor semicondutor 56 deve receber um sinal de activação da placa temporizadora electrónica 60, que contém circuitos electrónicos capazes de produzir entre um e sessenta sinais de activação por segundo. O condensador de descarga 54 é carregado a 1 500 V CC em alguns milisegundos, através da resistência 61 pelo transformador 63 do primeiro andar e unidade rectificadora 64, que é ligada a uma linha de energia convencional de 220 VCA 62.

Numa concretização preferida do aparelho, a placa temporizadora 60 causará a produção de trinta arcos por segundo através da área de descarga 26 a um nível de potência de pico de 1,2 megawatts. A amplitude do impulso do sinal de arco é aproximadamente cinco microsegundos, proporcionando um nível de energia de aproximadamente 7,0 Joules por impulso com um afastamento de arco ou distancia de área de descarga 26 de aproximadamente 1,0 centímetros. O débito de água através do módulo 12 pode ser ajustado para vários níveis, dependendo dos requisitos de energia por volume de água para uma quantidade preferida de efeitos de descontaminação e purificação. Numa concretização preferida, uma densidade de energia de 1,0 J/cmJ de água proporcionará uma descontaminação adequada, permitindo desse modo um débito de aproximadamente doze litros por minuto através do módulo 12.

Será visível para aqueles especialistas na arte que as dimensões e volume do módulo 12 podem ser proporcionalmente ajustados de acordo com o tipo de água a ser purificada e o débito necessário. Adicionalmente, para aumentar a capacidade de descontaminação, pode ser operada concorrentemente uma pluralidade de módulos 12 em paralelo, a partir de uma única fonte de água contaminada evacuando para dentro de uma descarga unitária. Também, para melhorar a quantidade dos efeitos de descontaminação, podem ser operados em série uma pluralidade de módulos 12, pelo que a água purificada que sai da abertura de descarga 18 do primeiro módulo 12 será então imediatamente introduzida dentro da entrada 16 de um segundo módulo 12, e assim sucessivamente.

Baseado em testes de um sistema protótipo efectivando os métodos e aparelhos aqui descritos, podem ser conseguidos níveis de purificação de 99,5%, adequado para água potável, utilizando uma densidade de energia de 3,5 J/cnr ou 1 KWH/M3. Para encontrar requisitos ambientais padrão, que é conseguir um nível de purificação adequado para permitir a libertação da água tratada no ambiente, é adequada uma densidade de potência de

85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ 11 0,3 KWH/M3.

Os testes adicionais de uma concretização preferida para a remoção de contaminantes químicos orgânicos comuns mostrou que a redução de tais contaminantes ocorre num nível de energia de arco de entre 10 - 30 J/cnr, pelo que foi obtida uma redução de 90% a 95% em contaminantes para pesticidas a partir de uma concentração inicial de 0,1 gramas por litro, para hidrocarbonetos a partir de 0,1 a 40 gramas por litro, e para produtos oleosos de entre 0,2 e 20 gramas por litro.

Inieccâo de Gás

Para permitir a geração dos desejados arcos eléctricos dentro do líquido, deve ser introduzido gás dentro da área de descarga de arco 26. Com referência à Fig. 1b, um jacto de gás de alta pressão 21 é por isso incorporado dentro do conjunto de ânodo 22 do sistema 10. É formado um canal de jacto de gás submerso por meio da injecção de gás de alta pressão através de um pequeno orifício no componente eléctrodo de ânodo 23 dirigido para o conjunto de cátodo 30. Este canal de ar ou gás forma um ânodo virtual e toma-se o caminho através do qual ocorre o arco inicial. Isto ocorre porque o ar ou a maior parte dos gases têm uma voltagem de colapso mais baixa do que a água. A água contaminada a ser purificada flui através da câmara de descarga eléctrica 13 e próximo da área de descarga 26. O débito de água a ser purificado é uma função dos requisitos de energia por unidade de volume. Assumindo um número moderado de 1,0 joule por centímetro cúbico, o débito seria de 12 litros por minuto. Preferivelmente, o gás será fornecido segundo um débito de aproximadamente 140 litros por minuto (5CFM), a uma pressão suficiente para sustentar a geração de bolhas de gás dentro do líquido. Uma pressão de gás de aproximadamente 6-8 PSI acima da pressão do líquido dentro da câmara 13 será normalmente adequada. O gerador de impulso 50 nesta concretização é também uma unidade de descarga capacitiva para fornecer um impulso muito rápido de alta voltagem e corrente aos eléctrodos na câmara 13. O condensador de descarga 54 (Fig. 3) é do tipo de descarga de impulso de 40,0 microfarades concebido para 3500 V. O condensador 54 é descarregado pela utilização de um interruptor de estado sólido de alta potência 56 com uma capacidade de corrente de pico e di/dt suficiente para descarregar o condensador 54 em aproximadamente 1,0 microsegundo no transformador de impulso de saída. O transformador de impulso de saída é concebido para produzir um impulso de 40 000 V, 70 A no componente eléctrodo de ânodo virtual 23 formado pelo jacto de gás 21 submerso de alta pressão, de modo a produzir uma

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 12 descarga eléctrica intensa na área de descarga 26. A entrada requerida para esta saída do transformador de impulso 58 é um impulso de 1500 V, 1100 A do condensador 54 e interruptor 56. O interruptor 56 recebe o seu sinal para comutar a partir de um quadro temporizador electrónico 60 capaz de 50 a 100 impulsos por segundo. O condensador de descarga de impulso 54 é carregado a 1500 V CC em poucos milisegundos pelo transformador de energia 63 e rectificador 64 que ganha a sua energia a partir da linha de energia 62. A concepção do sistema de energia de impulso 50 deve também incluir as características de protecção transitórias requeridas pela prática de engenharia convencional para proteger o interruptor 56 de avaria prematura. O sistema de energia de impulso 50 produzirá a descarga de alta energia requerida ou arco 27 na área de descarga 26. Esta descarga ocorre aproximadamente 60 vezes por segundo a um nível de pico de potência de 1,2 megawatts. A largura do impulso é aproximadamente 5 microsegundos (máximo a metade da largura total) que dá um nível de energia de 7,0 J por impulso. A distância de espaçamento é aproximadamente 2,0 cm entre as extremidades próximas do componente eléctrodo de ânodo 23 e o componente eléctrodo de cátodo 32 que forma a área de descarga 26. A câmara 13 é parcialmente cheia com plasma energético como um resultado de um intenso arco eléctrico pulsado 27 através do canal de gás ou ar. Este canal de gás é submergido no fluído de trabalho (água) que é purificada. As dimensões da câmara 13 são uma função da média total da energia de descarga necessária para dar o grau desejado de purificação e o débito da água a ser purificada ou descontaminada através da câmara. As gamas de pressão de plasma localizadas entre 100 - 1000 MPa e a temperatura localizada é aproximadamente 10 000 a 15 000 °K.

Uma vez o arco 27 completado no canal de gás frio, ele expande-se rapidamente e depois contrai-se quando arrefece muito rapidamente. Isto resulta na criação de ondas de pressão diferencial, que são vistas como ondas de choque dentro da câmara 13. A onda de choque é um dos efeitos iniciais que inicia o processo de purificação por morte directa de certos microrganismos e bactérias e por quebrar o alojamento protectivo externo observado em muitos vírus e bactérias. O arco eléctrico que produz a onda de choque também produz um plasma altamente concentrado. Este plasma é uma fonte muito potente de radiação ultravioleta (UV), que em si própria destrói muitas das bactérias e vírus assim bem como cria alguns dos radicais excitados necessários para transformar as toxinas/contaminantes químicos. O plasma também transforma o oxigénio no canal de gás frio em ozono que é um oxidante potente e é bem conhecido e aceite como uma aproximação eficaz à purificação de água. 13 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ

Outro efeito primário do arco eléctrico é a geração de electrões hidratados, iões e radicais excitados como H, OH, HO2, H2O2 e outros. Estes radicais podem directamente atacar as bactérias e vírus e transformar as toxinas químicas numa maneira muito eficaz. Esta parte do processo de purificação trabalha mais como os sistemas de injecção (peróxido de hidrogénio) H2O2 existentes que utilizam UV para quebrar ο H2O2 nos radicais excitados necessários mas a um custo muito mais reduzido. Também, 0 sinergismo com os outros efeitos (ozono, UV, plasma e choque) resulta numa qualidade muito maior de purificação.

Um sistema protótipo 10 foi construído e a eficácia da aproximação testada. O impacto bactericida foi testado com a bactéria E. Coli. Quando a água altamente contaminada foi posta a correr através do sistema 10 durante o teste a E. Coli foi reduzida significativamente ou eliminada. O rendimento energético do sistema foi também determinado durante estes testes. O grau de purificação da água residual foi comparado à energia total consumida e o rendimento energético determinado. A informação seguinte mostra os resultados do teste de purificação e o consumo de energia requerido para obter aquele resultado.

CONSUMO DE ENERGIA PARA SATISFAZER OS REQUISITOS DE ÁGUA POTÁVEL W = 3,5 J/cm3 (1 kWh/nri) - Para purificação para 0 padrão de água potável (99,5%).

CONSUMO DE ENERGIA PARA SATISFAZER OS REQUISITOS AMBIENTAIS W= 1 J/cmJ (0,3 kWh/nf ) - Para um nível de purificação que vai ao encontro dos padrões para despejo no ambiente. A câmara 13 dentro do módulo 12 contém os conjuntos cátodo e ânodo 30 e 22 onde ocorrem arcos de alta voltagem e corrente elevada. Uma câmara única 13 pode conter uma ou mais áreas de descarga 26 definidas por um ou mais conjuntos de pares de cátodo e ânodo 30, 22 ou pares de conjuntos de ânodo múltiplo 22 com um conjunto de cátodo único 30. O sistema 10 pode conter um ou mais módulos 12 configurados em série ou paralelo, cujo número e configurações é determinado pelo débito da água e nível de purificação requerida para uma passagem única através do sistema 10. As dimensões da câmara 13 são baseadas no débito de água através da câmara 13 e da ressonância mecânica da câmara 13 devido às ondas de choque criadas pelo arco eléctrico.

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Inieccão de Gás Hidrogénio O arco intenso gerado pelo sistema 10 quebra muitas moléculas de água em iões hidroxilos e hidrogénio livre. Os iões actuam como um oxidante forte e combinam-se com os hidrocarbonetos orgânicos na água para formar dióxido de carbono que pode ser libertado na atmosfera. Infelizmente, existem casos em que o processo de oxidação é indesejável devido a subproduto que é produzido. Neste caso os oxidantes podem ser evitados ou eliminados e um efeito diferente enfatizado. O arco é muito quente, aproximadamente 15 000 °K, o que em si mesmo mata qualquer organismo vivo ou quebra a maior parte dos compostos químicos com os quais ele entra em contacto. Este efeito é aumentado se é injectado hidrogénio no arco, ou dissolvido na água antes dela passar através do arco, porque o hidrogénio combina-se com qualquer oxidante para formar água ou peróxido de hidrogénio, eliminando por esse meio a possibilidade da oxidação adicional dos elementos existentes ou compostos. O processo é tão eficaz que pode reduzir um elemento oxidado à sua forma de base com água como subproduto final.

Dois exemplos de compostos químicos que podem ser reduzidos aos seus elementos de base pelos electrões a partir deste arco de temperatura elevada são o brometo de potássio e o clorofórmio. O brometo de potássio é um agente perigoso causador de câncro que é produzido quando a bromina é um elemento na água que é purificada pelo ozono. Oxidando o elemento seguro produz-se um composto perigoso.

Inieccão de Peróxido de Hidrogénio

Uma aproximação à descontaminação de água tomada na arte anterior é a adição de peróxido de hidrogénio. Este processo utiliza peróxido de hidrogénio (H2O2) e uma lâmpada de lampejo de UV para produzir radicais -OH. Estes radicais combinam-se com quaisquer produtos químicos presentes para queimar eficazmente os produtos químicos, produzindo dióxido de carbono (CO2) como produto final. Relatórios recentes a respeito desta aproximação indicam que a quantidade de peróxido de hidrogénio requerida é muito mais elevada do que pensado inicialmente. No mundo real 0 peróxido de hidrogénio é adicionado como um pré-tratamento antes da exposição aos UV para reduzir a turvação da água porque os UV não se deslocarão através de água sombria. O peróxido de hidrogénio é adicionado até que a mistura tenha um ph próximo de 5,5. Isto requer tanto como 10 - 15% de peróxido de hidrogénio. O pré-tratamento é um custo escondido que não é normalmente adicionado ao custo por número de galões publicado. O sistema da arte anterior realiza a^nção de

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 15 remoção dos produtos químicos orgânicos de uma água de abastecimento, mas o custo é elevado. O maior inconveniente no processo de peróxido de hidrogénio e lâmpada de lampejo de UV é o facto de que as lâmpadas de lampejo se recobrirem rapidamente e tomam-se ineficazes. Isto é especialmente verdade em áreas onde existe um elevado conteúdo de metais dissolvidos tais como o ferro. Tomou-se evidente que o sistema do presente invento resolve inerentemente este problema porque o arco produz os UV directamente e não existe alojamento de vidro para tomar-se manchado pelos metais dissolvidos. De facto, o novo sistema pode ser melhorado pela injecção de um gás tal como o árgon dentro do arco para aumentar a saída dos UV. Isto é equivalente a ter uma lâmpada de lampejo de UV sem alojamento de vidro. Uma vez que os UV são requeridos para matar os microrganismos patogénicos, esta injecção de um gás que melhora os UV também se aplica para matar bactérias e vinis (E.Coli). O sistema do presente invento pode também utilizar injecção de peróxido de hidrogénio, melhorada pelo processo de descarga eléctrica, para criar um efeito sinergético que combina a quebra electroquímica do peróxido de hidrogénio pelos UV em radicais -OH (que reagem com os compostos orgânicos) com choque eléctrico, radiação UV, geração de ião e choque mecânico. Estes efeitos são iniciados/criados pela descarga eléctrica de alta energia em conjunção com pequenas quantidades de peróxido de hidrogénio injectado. O arco eléctrico e a injecção de peróxido de hidrogénio produz níveis elevados de radiação UV que já provou anteriormente matar organismos vivos. A activaçào do peróxido de hidrogénio injectado directamente pelos UV produzidos pelo arco reduz significativamente o requisito de peróxido de hidrogénio e evita qualquer possibilidade da contaminação da lâmpada ou falha, como encontrado nos sistemas da arte anterior. A descarga eléctrica quebra a própria água em iões hidroxilos excitados e oxigénio livre que se combina com os produtos químicos orgânicos para eliminá-los na mesma maneira como faz o peróxido de hidrogénio sozinho. A pequena quantidade de peróxido de hidrogénio injectado quebra, quando exposta a níveis elevados de UV, em radicais -OH o que trabalha numa maneira sinergética com os efeitos eléctricos reduzindo assim os contaminantes até próximo de zero.

Melhoramento semelhante pode ser obtido pela injecção de dióxido de titânio que é então catalisado pela radiação UV. Isto aumentará o nível de iões hidroxilos na água não tratada. Adicionalmente, as superfícies das paredes internas da câmara 13 podem ser revestidas com dióxido de titânio para um efeito semelhante. 85 225 ΕΡ 0 739 311/ΡΤ 16

Tratamento de carga de baixo escoamento de Água Residual

As Figs. 4-8 ilustram uma concretização do sistema de descontaminação de líquido do presente invento que foi configurado para o tratamento de carga de escoamento baixo de água residual. Nesta concretização, a água é tratada em três fases separadas, primeiro no tanque de pré-processamento 40, depois no módulo de descontaminação 12, seguido pelo tanque de pós-processamento 41. O tanque de armazenamento 76 é utilizado para reter o peróxido de hidrogénio que é injectado dentro da corrente de água residual no tanque de pré-processamento 40. O propósito do peróxido de hidrogénio (ou composto de actuação semelhante) é aumentar o nível de radicais excitados que podem atacar directamente as bactérias e vírus. Um sistema de recirculação de água, que inclui a bomba de recirculação 82, linha de recirculação 84, e válvula de retenção 83, recircula a água depois de ela entrar no módulo 12 para prolongar o tempo durante o qual a água descontaminada é exposta à radiação UV gerada pelos arcos na câmara 13 do módulo 12. O ar a ser injectado dentro da câmara 13 através do conjunto de ânodo 22 é fornecido ao módulo 12 a partir do tanque de ar 88, que é cheio pelo compressor 90. O filtro 91 remove as partículas do ar e o interruptor 89 põe o compressor 90 a funcionar por ciclos de arranque e paragem em resposta ao ar pedido. O regulador 87 mantém a pressão do gás no nível preferido acima da pressão de processamento no módulo 12, de modo que um fornecimento constante de gás sob a forma de bolhas esteja disponível na área de descarga do arco.

Depois da água deixar o módulo 12 na abertura de descarga 18, ela flui através da linha de descarga de módulo 92 e passa através da torre de ozono 93. Enquanto a água está na torre 93, o prato de distribuição 94 quebra as bolhas de gás na água para encorajar a libertação e distribuição do ozono que é gerado pelo arco no módulo 12. A água move-se depois para dentro do tanque pós-processamento 40. Dali, é bombeada pela bomba de despejo 97 através da linha de descarga de água tratada 100. O interruptor de flutuador de nível baixo de tanque de pós-processamento 98 é activado quando o tanque de pós-processamento 41 está vazio.

Quando o sistema 10 é operado, o tanque de retenção local 15 é cheio com água descontaminada e o tanque de armazenamento 76 é cheio com peróxido. Isto coloca o interruptor do flutuador de nível baixo 77 do tanque de armazenagem na posição “ligado”. O tanque de pré-processamento 40 e o tanque de pós-processamento 41 estão vazios. O interruptor 112 de activar a bomba de esgoto, o interruptor 111 de possibilitar a drenagem, o interruptor 110 de possibilitar o arco, o interruptor 120 de activar a bomba de peróxido, o interruptor 117 de activar o alarme, e o interruptor 118 de activar o compressor estão comutados para as respectivas posições “ligado”. Quando o interruptor de possibilitar o arco

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 17 está “ligado”, ο relé 114 de possibilitar o arco está fechado. O interruptor 120 de activar a bomba de peróxido fecha o relé 125. Se o tanque local 15 está cheio, o interruptor de flutuador 43 está “ligado”. A energia é então aplicada através do interruptor de flutuador 71 de nível baixo do tanque de pré-processamento. Isto fecha o relé 101 (Fig. 5), liga a bomba de esgoto 42 e a bomba de peróxido 79. A água não tratada flui através da linha de água bruta 45, passando através do filtro de rede 44. O peróxido flui então através da linha de fornecimento de peróxido 78, através da válvula de retenção 80, válvula de controlo de escoamento de peróxido 81, e para dentro do tanque de pré-processamento 40 na entrada 48. Depois de um período predeterminado de tempo estabelecido pelo utilizador do sistema 10 utilizando o temporizador 102, a bomba de peróxido 79 é desligada. Quando o interruptor de flutuador 108 detecta que o tanque de pré-processamento 40 está cheio, o mesmo destranca o relé 101, desligando desse modo a bomba de esgoto 42 e aplicando energia à válvula de ar 85 operada por solenoide. Quando o interruptor de escoamento de ar 86 detecta que o ar está a fluir para dentro do módulo 12. é fornecida energia ao bus de fluxo 105.

Quando é aplicada energia ao bus de fluxo 105, a bomba 70 do tanque de pré-processamento e a bomba de recirculação 82 são activadas e a válvula de escoamento de ar 73 é aberta. O movimento da água através da linha de descarga 72 do tanque de pré-processamento obriga o interruptor sensor de escoamento de água 74 a detectar que a água está a fluir a partir do módulo 12, activando desse modo a unidade de energia de impulso 50 (Fig. 5). A água flui do módulo 12 através da torre de ozono 93, linha de entrada 95 do tanque de pré-processamento e para dentro do tanque 41. Uma porção da água no módulo 12 é circulada através da linha de recirculação 84, válvula de retenção 83, e bomba de recirculação 82 para aumentar a exposição aos UV. Quando o tanque 41 está cheio, o interruptor de flutuador 103 de nivel alto do tanque de pós-processamento remove a energia da unidade de impulsos 50 e bus de fluxo 105. O temporizador de retenção 106 então arranca. Quando o temporizador 106 completa o seu ciclo após aproximadamente oito minutos, o relé de temporizador 124 fecha. O relé de travamento 107 é fechado e a válvula de esgoto 99 activada por solenoide abre e a bomba de esgoto 97 começa a esvaziar o tanque 41. A água tratada é então descarregada do sistema através da linha de descarga 100.

Na altura em que o temporizador de retenção 106 é alimentado electricamente, o relé de travamento 101 é também alimentado electricamente para começar o ciclo de novo. Depois do ciclo inicial, o tanque de pré-processamento 40 enche quando o tanque de pós-processamento 41 esvazia.

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Os tanques de pré-processamento e pós-processamento 40, 41 são proporcionados com respiradores 47 e 96, respectivamente, para permitir o escape do ar e outros gases do sistema 10. Também, uma linha de purgar ar 49 corre desde a linha de recirculação de água residual 84 até ao tanque de pré-processamento 40 para remover os gases em excesso do módulo 12.

Em algumas aplicações do sistema 10, pode ser utilizada uma bomba de reforço 75 na linha de descarga 72 para manter um escoamento adequado de água residual do tanque de pré-processamento 40 para o módulo 12. A Fig. 5 é uma representação esquemática do sistema de controlo utilizado para controlar o gerador de impulsos 50 assim bem como as várias válvulas e outros componentes ilustrados na Fig. 4. A alimentação convencional 62 de energia 220 VCA é ligada ao sistema 10 através do disjuntor principal 123. O transformador de energia principal 36 proporciona então 120 VCA de energia ao bus 121 e 220 VCA de energia ao bus 122. O bus 121 é protegido pelo disjuntor de circuito 127 enquanto o bus 122 é protegido pelo disjuntor 126. O interruptor de nível baixo 71 do tanque de pré-processamento (assumindo que o tanque de pré-processamento 40 está vazio) obriga o relé 101a trancar e ligar a bomba de esgoto 42 e a bomba do peróxido 79. O temporizador 102 permite que a bomba de peróxido 79 trabalhe durante aproximadamente 20 segundos, depois desliga-a. A duração da operação da bomba de peróxido 79 é ajustável pelo utilizador. Quando o interruptor de flutuador de nível alto 108 do tanque de pré-processamento detecta que o tanque de pré-processameno 40 está cheio, destranca o relé 101. Isto desliga a bomba de esgoto 42 e aplica energia a válvula de ar 85 controlada por solenoide. Quando o interruptor de escoamento de ar 86 detecta que o ar está a fluir para o módulo 12, é aplicada energia ao bus de energia de fluxo de processo 105. A aplicação de energia ao bus de fluxo 105 activa a bomba 70 do tanque de pré-processamento e a bomba de recirculação 82 e abre a válvula de escoamento de água residual 73. Isto permite a entrada de água residual para mover-se do tanque de pré-processamento 40 para dentro do módulo de descontaminação 12. E proporcionado um sistema de alarme 116 para detectar a ausência de formação de arco no módulo 12 ou outra condição de processo não usual. Na eventualidade de uma condição de alarme, o utilizador tem a opção de se sobrepor ao relé de alarme 115 utilizando o interruptor de sobreposição 113. De outra maneira, depois da condição de alarme ser corrigida, o sistema 10 pode ser rearmado utilizando o interruptor de rearmar 109. Um interruptor de sobreposição de interbloqueio de energia 119 permite que o utilizador opere o sistema 10 enquanto a porta do armário do sistema (não mostrada) está aberta. 19 85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ A Fig. 8 é uma vista aumentada do módulo de descontaminação 12 quando utilizado no sistema de tratamento de carga de escoamento baixo 10. Um alojamento rectangular 14 contém uma câmara de descontaminação interior de fonna cilíndrica 13. O conjunto de ânodo 22 e o conjunto de cátodo 30 são ligados em posições opostas para definir uma área de descarga de arco 26 entre as extremidades próximas do componente eléctrodo de ânodo 23 e o componente eléctrodo de cátodo 32. A água não tratada entra no módulo 12 na entrada 16 e a água tratada sai na descarga 18 através do conjunto de cátodo 30. As dimensões da câmara 13 dentro do módulo 12 devem ser seleccionadas de modo que a câmara 13 seja acusticamente ressonante próximo da frequência de 60HZ da geração das ondas de choque dentro da câmara 13. Numa concretização preferida do módulo 12 para utilização no sistema de tratamento de carga de escoamento baixo, o alojamento 14 do módulo 12 tem 20" por 24" por 2". A câmara 13 terá então um diâmetro de 20".

As Figs. 6a e 6b são vistas aumentadas do conjunto de cátodo 30 e as Figs. 7a e 7b são vistas aumentadas do conjunto de ânodo 22. O conjunto de ânodo 22 inclui o isolador 24, feito preferivelmente de uma peça única de Teflon ® PTFE ou material não condutor semelhante. O componente eléctrodo de ânodo 23, feito principalmente de tubo de cobre ou tubo metálico semelhante, está disposto de modo central dentro do isolador 24. Para definir um jacto de gás 21 e portanto permitir a passagem de ar ou outro gás para dentro da câmara 13 através do conjunto de ânodo 22, o componente eléctrodo de ânodo 23 inclui um orifício anelar que passa através do centro do componente eléctrodo de ânodo 23 com a abertura do orifício dentro da câmara 13 directamente oposta ao conjunto de cátodo 30. Uma vez que o cobre é propenso a destruição rápida durante a geração do arco, a extremidade próxima do componente eléctrico de ânodo 23 inclui uma porção de lábio (não mostrada) de tungsténio ou metal semelhante que pode suportar repetidas formações do arco com erosão mínima. A porção de lábio será preferivelmente um anel anular que encaixa dentro do componente eléctrodo de ânodo 23, que se prolonga para dentro aproximadamente 1/4" com a superfície de topo do lábio rente à extremidade próxima do componente eléctrodo de ânodo 23. A junção do componente eléctrodo de ânodo 23 e isolador 24 é selada contra a passagem de líquido pelo vedante 28, melhor observado na Fig. 7a. A extremidade distante do componente eléctrodo de ânodo 23, que se prolonga para fora da câmara 13, é maquinada ou proporcionada com um encaixe para facilitar a ligação da mangueira de ar da válvula de ar 85.

Olhando de seguida para as Figs. 6a e 6b, o conjunto de cátodo 30 inclui também um isolador 33 que circunda um componente eléctrodo de cátodo disposto centralmente 32. O componente eléctrodo de cátodo 32 é preferivelmente feito também de tubo de cobre com

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 20 uma porção de lábio (não mostrado) feita de tungsténio ou metal semelhante para formar a área de recepção do arco. A extremidade distante do componente eléctrodo 32 inclui um cotovelo que forma a porta de descarga de água 18 e que é maquinada ou de outra forma adaptada para receber uma ligação da linha de descarga de módulo 92 (Fig. 4). O acessório 17, que também comunica com o componente eléctrodo de cátodo 32, é ligado à linha de recirculação 84 (Fig. 4) para permitir a recirculação da água dentro da câmara 13 e ar purgado do módulo 12. É proporcionado um vedante 35 na junção do componente eléctrodo de cátodo 32 com o isolador 33 para evitar a fuga de água de dentro da câmara 13. Devido ao componente eléctrodo de cátodo 32 nesta concretização não ter uma extremidade próxima vedada, a água tratada flui através do componente eléctrodo 32 e para fora da câmara 13. Os arcos actualmente contactam o perímetro do componente eléctrodo de cátodo 32.

Este sistema particular requer apenas 500 watts de potência média de entrada que inclui a câmara de reacção 13, bombas e controlos. A única entrada de material consumível é a de injecção de peróxido que tipicamente consome 160 litros/semana (42 galões/semana). Uma vez o sistema posto em funcionamento para teste, a água contaminada foi testada antes e depois do processamento com os resultados seguintes:

Antes da Concentração 19,2 ppm

Depois da Concentração < 0,05 ppm

Testes de campo adicionais da unidade mostrada antes das concentrações de 22 ppm com concentrações de tratamento posterior de 0,06 ppm.

Foram realizados para um grande negócio de recuperação testes adicionais levados a cabo para evitar que a contaminação química criasse um problema de águas do solo. Este processo inclui o tratamento de água de lavagem e água de escoamento de tempestade antes de ela poder contaminar a água do solo. Um grande número de produtos químicos orgânicos diferentes foi detectado na água a ser tratada. O processo de tratamento de custo mais eficaz incluiu a adição de 0,1% de peróxido de hidrogénio para aumentar o número de iões -OH e um tempo de retenção para permitir que o -OH e o ozono reajam totalmente. O sistema do presente invento eliminou com muito sucesso todos os problemas referentes a estes produtos químicos. Os produtos químicos chave tratados e os resultados são como se segue: 21 85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ

Produto Químico Antes Depois T ric lorofluorometano 71,85 ppm < 1 ppb Tetracloreto de Carbono 84,30 ppm Não Detectado Benzeno 57,09 ppm < 1 ppb Tricloroetileno 66,26 ppm < 1 ppb Tetracloroetileno 117,5 ppm Não detectado Tolueno 77,03 ppm < 1 ppb 1,1,2,2 - Tetracloroetano 126,4 ppm < 1 ppb 1,4 Diclorobenzeno 139,5 ppm 0,02 ppm Naftaleno 134,8 ppm Não detectado

Processamento de Lama

As Figs. 9-21 ilustram uma concretização adicional do sistema do presente invento que está particularmente adaptado para o tratamento de lama. Três plantas dos encanamentos básicos de um tal sistema 10 sào mostrados nas Figs. 10a, 10b e 10c. A lama não tratada entra na câmara de tratamento 13 através da linha de entrada 55. A válvula 73 permite que a câmara 13 seja isolada para serviço. De outra maneira, a válvula 73 é aberta, permitindo a passagem da lama para dentro da câmara de tratamento 13 do módulo de tratamento 12, na entrada 16. É proporcionada uma válvula de drenagem 65 para drenar a câmara 13 para serviço. Uma fonte externa de ar ou outro gás é fornecida à câmara 13 através da válvula de ar 85 controlada por solenoide. Este ar é utilizado para dois propósitos. Primeiro, como descrito anteriormente, o ar é fornecido através de um conjunto de ânodo 22 (Fig. 13b) para uma área de descarga de arco 26 dentro da câmara 13 para facilitar a geração do arco. Segundo, o ar é utilizado para “soprar” a área entre o componente eléctrodo de ânodo 23 e o componente eléctrodo de cátodo 32 no sentido de remover detritos que se possam ter acumulado ali.

Depois da lama ter sido tratada dentro do módulo 12, a mesma é bombeada para fora através da porta de descarga 18 e da válvula de esgoto 99, para tratar a linha de descarga de lama 100. A Fig. 10b mostra uma disposição alternativa do sistema 10 onde duas câmaras de tratamento 13a e 13b são posicionadas em série dentro do módulo 12, com a saída da primeira câmara 13a a alimentar a entrada da segunda câmara 13b. O ar é então fornecido a ambas a primeira câmara 13a e segunda câmara 13b. A Fig. 10c representa uma modificação adicional desta concretização em que duas 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 22

câmaras de tratamento 13a e 13b operam mais em paralelo do que em série.

As Figs. 1 la, 1 Ib e 1 lc são vistas em perspectiva do módulo 12, que correspondem a concretizações diferentes do sistema de tratamento de lama mostrado nas Figs. 10a, 10c e 10b, respectivamente. A câmara 13 (não mostrada) é encerrada dentro do alojamento de módulo 11 com a entrada 16, que inclui a flange de tubo 29, posicionada numa extremidade do alojamento 11 e a porta de descarga 18, incluindo também uma flange de tubo 29, na outra extremidade. A Fig. 11b, que corresponde à concretização do sistema 10 mostrado na Fig. 10c tem duas portas de descarga 18, cada com flanges 29, ligadas à primeira câmara 13a e segunda câmara 13b, respectivamente. É proporcionada uma abertura 141 numa parede do alojamento 11 para permitir a passagem dentro do módulo 12 dos vários cabos de controlo requeridos. A Fig. 12 é uma vista aumentada adicional do módulo 12, que corresponde à concretização da Fig. 10a, com a câmara de tratamento interna 13 mostrada em fantasma. A fig. 12 mostra também montado no alojamento 11 do módulo 12 um sensor de choque 147, cujo propósito é detectar a presença ou ausência da formação de arco dentro da câmara 13. Um acessório 142 para válvula de esvaziamento é também proporcionado no alojamento 11 para a válvula de esvaziamento 159 (Fig. 21) e um acessório 143 para ligação a uma válvula de ar de ânodo 174. O regulador de cúpula 144, montado na linha de gás do ânodo, mantém a pressão de gás a um nível de aproximadamente seis a oito PSI acima da pressão de processamento da lama dentro da câmara 13. Isto permite a geração adequada de bolhas de gás na área de descarga de arco 26 para manter o arco. Os conectores 145 estão ligados à parede de topo do alojamento 11 na Fig. 12 a conectores coaxiais para ligar o gerador de impulso 50 (não mostrado) ao primeiro e segundo conjuntos de ânodo 22 e primeiro e segundo conjuntos de cátodo 30 montados dentro da câmara 13. A Fig. 13a é uma vista aumentada da câmara 13 quando utilizada no sistema de tratamento de lama 10, que inclui a entrada de lama 16 e a porta de descarga 18. A parte superior e o fundo da câmara 13 são seladas pela chapa de topo 135 e chapa de fundo 136. Os primeiros e segundos conjuntos de ânodos 22 (Fig. 13b) são montados na chapa de fundo 136. Encontram-se montados na chapa de topo 135 os primeiro e segundo conjuntos de cátodos 30 (Fig. 13b). As chapas 135 e 136 são unidas à parede lateral 154 da câmara 13. De novo, a câmara 13 deve ser dimensionada para melhorar o efeito das ondas de choque geradas por arco fazendo-a entrar em ressonância em ou próximo de 60HZ. De outro modo deve ser feita tão pequena quanto possível para expor a maior parte possível da lama ao choque sem restringir o escoamento. Numa concretização do sistema de tratamento de lama, a câmara de tratamento 13 tem 0,25 m (10”) de altura, aproximadamente 0,12 m (5”) de

85 225 ΕΡ 0 739 311/ΡΤ 23 profundidade e 0,17 m (7”) de largura. A Fig. 13b é uma vista aumentada do conjunto de cátodo 30 e do conjunto de ânodo 32 numa posição oposta nas chapas de topo e fundo da câmara 13 da Fig. 13a, para definir duas áreas de descarga de arco 26 entre as mesmas. O isolador 24 do conjunto de ânodo 22 inclui uma secção cónica próxima 37, uma secção cilíndrica distante 38, e uma secção de flange central 39. Preferivelmente, o isolador 24 do conjunto de ânodo 22 é feito de uma peça única de Teflon® PTFE ou material não condutor semelhante. O componente eléctrodo de ânodo 23 passa através do centro do isolador 24 com um orifício central, para permitir a passagem de ar através do conjunto de ânodo 22 para dentro da área de descarga 26. O conjunto de cátodo 30 inclui também um isolador de peça única 33 feito de uma secção cilíndrica distante 38, uma secção cónica próxima 37, e uma secção de flange 39. O componente eléctrodo de cátodo 32, também se prolonga através do centro do eléctrodo 33 para dentro da área de descarga de arco 26 mas, nesta concretização, tem uma extremidade próxima selada e não passa lama através do conjunto de cátodo 30.

As Figs. 14 e 15 proporcionam um detalhe adicional à cerca das características da câmara de tratamento 13. Um par de bicos de esvaziamento 138 são proporcionados nas paredes laterais da câmara 13 para permitir a ligação de uma linha de ar do acessório de esvaziamento 142 do módulo (Fig. 12). O ar pode então ser dirigido para dentro da área de descarga de arco 26 para remover os detritos acumulados. O bico de entrada regulador 139 é ligado ao regulador de cúpula 144 (Fig. 12) para proporcionar dados respeitante à pressão dentro da câmara 13. De modo semelhante, o bico de sensor de choque 137 permite a ligação operativa da câmara 13 ao sensor de choque 147. A Fig. 16 é uma vista de topo da câmara 13 e chapa de topo 135. A Fig. 17 é um corte para mostrar a colocação dos deflectores 153 dentro da câmara 13 para ajudar na maximização da exposição da lama não tratada a cada área de descarga de arco 26 dentro da câmara 13. A Fig. 18 mostra uma ligação em série de duas câmaras de tratamento 13a e 13b dentro de um módulo único 12, como na Fig. 10b. Note que um cabo positivo 20 é ligado a cada dos quatro conjuntos de ânodo 22 e um cabo negativo 19 é ligado a cada dos conjuntos de cátodo 30. O bico de ar 140 permite a ligação de uma alimentação de ar para fornecer ar através do conjunto de ânodo 22. 24 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ

As Figs. 19a e 19b proporcionam detalhe adicional à cerca de como os conjuntos de ânodo e cátodo 22 e 30 são seguros à chapa de topo 135 da câmara 13. A secção de flange 39 do isolador 33 do conjunto de cátodo encaixa contra a superfície de topo distante da chapa de topo 135. O prato de aperto 150 é colocado sobre a porção de flange 39 e é seguro numa direcção descendente pelo parafuso de aperto 151. Um espaçador 152 é soldado à superfície inferior do prato de aperto 150 e encaixa-se entre a mesma e à superfície de topo do prato de topo 135 para proporcionar um braço de força para o grampo. Um dispositivo de aperto semelhante é utilizado para os conjuntos de ânodo no prato inferior 136. A Fig. 20 é uma representação esquemática do gerador de impulsos 50 utilizado no sistema desta concretização. Se, como na concretização preferida, existem dois conjuntos de ânodo e cátodo em cada câmara 13, existirão também dois geradores de impulso 50a e 50b. Os arcos em si próprios são gerados por um interruptor de estado sólido 56 através do transformador de impulso 58. A secção de rectificação da alimentação de energia 64 fornece energia à unidade de interruptor 56. O circuito temporizador 60 gera impulsos apropriados na porta do SCR no interruptor de estado sólido 56 para ligar e desligar os arcos. A energia para a unidade geradora de impulso 50 é fornecida através do primeiro relé 51, disjuntor de circuito térmico 53, e adicionalmente através do relé de retardo de tempo 52. O relé de retardo de tempo 52 proporciona um retardo de seis segundos para permitir o completo esvaziamento das áreas de descarga de arco 26 e permitir aos disparadores de impulso do circuito temporizador 60 estabilizar antes da aplicação de energia ao interruptor de estado sólido 56. A frequência de impulso preferida é 60 HZ. com uma largura de impulso de 15 microsegundos. Cada arco terá um pico de voltagem de 35 kV e um pico de corrente de 70 A. O interruptor de estado sólido deve ser um dispositivo tal como um rectificador controlado de silício (SCR) que tem um tempo de subida muito rápido. O dispositivo SCR com o modelo número TR220CH12FHO, disponível a partir da Westcode Company, é adequado. Ele é posto a funcionar a 4000 volts, 20 kA.

Preferivelmente, o sistema é disposto de modo que cada par de eléctrodos em cada câmara funcione simultaneamente, proporcionando áreas de descarga de duplo arco 26 em cada câmara. As câmaras duplas são proporcionadas para redundância e para permitir uma vida operacional mais longa. Cada câmara 13a e 13b é alimentada por dois geradores de impulso idênticos 50, um para cada par de eléctrodos. Cada par de geradores de impulso 50 faz um canal. Assim, a descrição e referencia aqui a um gerador de impulso 50a ou 50b inclui inerentemente duas de tais unidades que trabalham em conjunto, com uma unidade única ilustrada na Fig. 20. A Fig. 9, então, mostra a colocação de alguns dos componentes e sub-sistemas no armário 130 do sistema 10, que inclui o disjuntor principal 123, 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 25

transformador de energia principal 36, relé de ventilador 156, e primeiro e segundo geradores de impulso de canal 50a e 50b, tendo cada canal duas unidades. A Fig. 21 representa esquematicamente o sistema de controlo para o sistema de tratamento de lama 10 no presente invento. É proporcionado um interruptor de modo 155 que coloca o sistema 10 quer numa posição DESLIGADO, selecciona a operação do canal 1, que corresponde à primeira câmara de tratamento 13a, Canal 2 apenas de operação, que corresponde a uma segunda câmara de tratamento 13b, um modo automático, que automaticamente comuta entre o Canal 1 e Canal 2 cada trinta minutos, ou um modo combinado em que ambos o Canal 1 (câmara 13a) e o Canal 2 (câmara 13b) operam simultaneamente.

Se o sistema 10 é colocado no módulo automático, o Canal 1 (câmara 13a na Fig. 10c) é primeiro alimentado electricamente. O relé de ventilador 156 é alimentado electricamente, pondo a funcionar a ventoinha de ventilador 157. Primeiro o temporizador 158a esvazia o canal e depois activa a válvula de esvaziamento 159a durante dois segundos para fornecer ar de esvaziamento (preferivelmente não regulado de 100 a 120 PSI) à área de descarga de arco 26 da primeira câmara 13a. Isto desaloja qualquer detrito que possa ter-se acumulado dentro da câmara 13a próximo da área de descarga de arco. Simultaneamente, é também fornecida energia a um circuito de falha, o propósito do qual é não só desligar o sistema 10 quando não é detectado arco ou obrigá-lo a automaticamente comutar para o canal alternativo. Por isso, o primeiro temporizador de relé de travamento de falha de canal 160a retarda a aplicação de energia ao primeiro relé de travamento de falha de canal 162a durante trinta segundos, para permitir que o primeiro canal do sistema gerador de impulso 50a arranque e estabeleça um arco estável. Depois deste retardo, uma falha, que seja uma perda de arco detectado pelo primeiro sensor de choque de canal 147a, obrigará o relé de travamento de falha de primeiro canal 162a a fechar.

Também simultaneamente, é aplicada energia ao primeiro relé de energia 51a que alimenta electricamente e aplica energia à unidade geradora de impulso de primeiro canal 50a. Um retardo de seis segundos é construído na unidade geradora de impulso 50a (relé de retardo de tempo 52a na Fig. 21). É também aplicada energia ao temporizador 167 que é um temporizador de trinta minutos motorizado. No fim da sequência de tempo, o temporizador 167 dá energia ao relé selector de canal 171 que remove energia do Canal 1 (primeira unidade geradora de impulso 50a) e aplica-a ao Canal 2 (segunda unidade geradora de impulso 50b), depois toda a sequência começa de novo.

Assumindo que o primeiro e segundo interruptores de permissão de canal 172a ou

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 26 172b estão ligados, a perda de arco na câmara operacional 13a ou 13b causará a geração de um sinal elevado nos sensores de choque correspondentes 147a ou 147b. Isto fará com que o relé 162a ou b sejam alimentados electricamente e trancados, travando desse modo o temporizador 167, e também alimenta electricamente ou rearma o interruptor 171 para seleccionar o canal alternativo. O interruptor de rearmar 166 permite que o sistema 10 seja rearmado depois de uma falha ter sido detectada. No caso de ambos os canais experimentam também uma falha antes do interruptor de rearmar 166 ser pressionado, o relé por defeito trancado (quer o 162a quer o 162b) no canal inicial onde a falha é detectada obrigará todo o sistema 10 a parar. Isto evita que o sistema 10 salte repetidamente entre dois canais mortos. Em operação normal, o sistema de tratamento de lama 10 funciona continuamente.

No tratamento de água residual para matar os organismos patogénicos foi descoberto que esteve presente um maior e talvez mais significativo efeito lateral. Os organismos vivos ou “bichos” utilizados para o tratamento da água residual foram fisicamente alterados durante o processo de tratamento. Foi descoberto que a alteração estrutural dos “bichos” podia melhorar significativamente o tempo de desidratação e aumentar a quantidade de água removida durante o processamento da lama como utilizado em quase todas as instalações de tratamento no mundo. Baseado nesta contenção foram realizadas experiências de desidratação na lama da instalação de água residual actual. O resultado foi que o novo sistema 10 podia desidratar a lama biológica ao dobro da velocidade obtida pelo equipamento convencional sozinho. O sistema 10 pode ser implementado como um adicional ao existente ou novo equipamento de desidratação, permitindo desse modo que o equipamento funcione ao dobro da velocidade ou fazer um ciclo em metade do tempo. Isto aplica-se a todos os equipamentos e processos de desidratação da arte anterior incluindo prensa de cinta, prensa de filtro e o equipamento de desidratação centrífugo. A abordagem é de natureza eléctrica, requer pouca energia de entrada, tem um tamanho de embalagem pequeno e tem um custo de equipamento informático inicial baixo. O efeito importante no processamento da lama é a onda de choque muito intensa produzida pelo arco. A sobrepressão pode atingir 5000 atmosferas. É este choque intenso que cria os danos mecânicos à estrutura da célula dos “bichos”. Este tratamento de choque da lama imediatamente antes de entrar na operação de desidratação força uma grande percentagem de microrganismos a largar a sua água contida intemamente. Isto é realizado por meio da rotura da membrana da célula libertando o fluído vacúolo. O resultado é uma desidratação mais rápida e um bolo mais seco. A produção do arco na água é a chave para esta abordagem. Os arcos são muito difíceis de criar na água porque a água e um material dieléctrico bom. No modo de impulso a 27 85 225 ΕΡ 0 739 311/ΡΤ água parece ter uma constante dieléctrica de 47. Devido à água no mundo real nunca ser pura, a água é também altamente condutora, fazendo a criação de um arco ainda mais difícil devido ao abaixamento da voltagem efectiva e ao gradiente resistivo das concentrações de tensão eléctrica que são requeridas para iniciar os arcos. Estes problemas são ultrapassados apenas pela utilização de elevado pico de energia, impulsos curtos com tempos aumentados rapidamente. O pico de potência necessário para começar a ver um efeito significativo é aproximadamente um megawatt por impulso. Uma vez que o sistema presente utiliza impulsos curtos, o consumo de energia total é baixo e os custos operacionais resultantes são extremamente baixos. Por exemplo, 3000 watts de potência média podem processar 380 litros por minuto (100 galões por minuto). Isto é aproximadamente equivalente a um aquecedor de água doméstico.

Este sistema foi testado com lama de muitas fontes e produziu um decréscimo no tempo de desidratação de um factor de dois para um factor de quatro. Os testes em laboratório mostram que 300 watt de energia eléctrica podem tratar 260 - 570 litros por minuto (70 - 150 galões por minuto) de lama numa base contínua sem energia adicional ou requisitos químicos. O resultado foi que o novo sistema do presente invento podia melhorar a eficiência da desidratação de todos os tipos de lamas biológicas e alguns tipos de lamas não biológicas. O ar ou oxigénio podem ser injectados dentro do arco durante o processo de tratamento para formar ozono. Este ozono é um oxidante forte e assim ajuda a negar o aumento esperado em BOD e COD quando as paredes das células são rompidas e o fluído interno libertado; contudo, quando as paredes da célula são rompidas e o fluído vacúolo é libertado, existe um aumento em nutrientes na água filtrada, que inclui azoto e fósforo. Os níveis de fósforo tipicamente aumentados por um factor de quatro ou cerca 0,2 a 0,8 ppm. Uma vez que o fósforo é um nutriente básico para os “bichos” é esperado que o retomo deste fósforo para a extremidade de cima da instalação não apresente problemas e possa resultar numa poupança de custo. Nos casos onde o fósforo é um problema, pode ser adicionada cal viva ou cal apagada para precipitar o fósforo antes da água filtrada voltar ao sistema. No caso da cal apagada, é preciso 0,85 ppm para neutralizar 1,0 ppm de fosfato ou cerca de oito libras por milhão de galões de água. A densidade de desidratação no presente sistema ocorreu até duas vezes a velocidade obtida pelo equipamento convencional sozinho. A secura do bolo final melhorou entre 3,5 a 10 pontos percentuais. Deve ser notado que o aumento na secura do bolo está associada à selecção adequada do tipo de polímero e volume. Quando a lama é tratada pelo sistema de arco, a sua carga associada tende a tomar-se menos negativa requerendo assim menos carga 28 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ positiva do polímero a ser neutralizado. A quantidade de polímero requerido tende também a ser menos. O ponto principal é que o polímero ideal para o caso tratado difere do polímero ideal para o caso não tratado. Foram realizadas experiências e os resultados verificados em secura do bolo aumentada, produção aumentada, requisitos do polímero diminuídos, alterações na constituição do polímero, diminuições nos requisitos de água, TSS no filtro de água, morte de organismos patogénicos, conteúdo de fósforo e azoto no filtrado, COD e BOD. Os resultados médios durante um período de teste alargado são como se segue: aumento de 3.5 pontos percentuais na secura do bolo; diminuição de 80% no TSS da água filtrada; redução de 2,9 toneladas por dia nos sólidos de retomo do TSS; 29% de diminuição na utilização de polímero; redução de E-Coli no filtrado de 2200 para 200 colónias por 100 ml; água de diluição de polímero reduzida de 110 000 litros por dia (28 800 galões por dia); aumento de fósforo de 0,19 ppm para 0,71 ppm no filtrado; COD de 400. A morte dos organismos patogénicos incluindo E-Coli e outras bactérias e vírus .· resulta em primeiro lugar da radiação UV a partir de um arco eléctrico sub-aquático. Para obter o máximo de energia UV por impulso é necessário que a temperatura do arco seja cerca de 15000 K que emite UV suave entre 250 e 270 nanómetros. A pesquisa extensiva de UV provou que a morte máxima de patogénicos ocorre quando a energia é centrada em tomo de 260 nm. Isto está no encontro exacto com o presente sistema.

Frequentemente é adicionado um polímero à lama nos sistemas de tratamento convencionais para ‘"flocular” a lama, isto é, fazer com que a matéria suspensa se agrupe e flutue no escoadouro. Uma vez a lama passada através do sistema do presente invento, o requisito do polímero muda. O tipo de polímero necessário será diferente porque a carga na lama é menos negativa uma vez que o material é tratado e o volume do polímero é diferente porque a estrutura da célula foi alterada. O ponto mais importante para reconhecer em ligação com os requisitos do polímero é que o tipo de polímero será diferente para a lama tratada e não tratada.

Um polímero preferido utilizado sem este sistema terá uma carga altamente positiva e baixo peso molecular. Depois do processo de tratamento o polímero óptimo é do tipo de peso molecular elevado e baixa carga positiva. A quantidade de polímero é grandemente reduzida (20% - 40%) dependendo do tipo de polímero seleccionado. 29 85 225 ΕΡ Ο 739 311 /ΡΤ

Outra poupança de custos significativa que foi documentada inclui uma redução maior dos sólidos suspensos totais (TSS) na água filtrada e uma redução significativa do tratamento de água adicional. O TSS da água filtrada das prensas de cinta situa-se tipicamente em 2000 sozinho e aproximadamente 200 depois da utilização do presente sistema. Isto resulta numa quantidade reduzida de sólidos retomados à extremidade da cabeça da instalação para reprocessamento. Devido ao TSS ser baixo e a prensa funcionar mais limpa, é observada uma redução significante na água de lavagem.

Aplicações Especiais O sistema descrito acima pode ser utilizado como um acabamento final para os sistemas de purificação de água existentes a um nível de energia muito baixo. Isto trabalha bem em casos em que o contaminante é um microrganismo maior tal como aquele encontrado em muitos abastecimentos de água no México. O sistema de arco pode ser utilizado para substituir o sistema de cloração para aplicações de piscinas. Os radicais -OH, a radiação UV e o ozono produzido limparão a água muito bem. O sistema pode ser utilizado para queimar contaminantes em aplicações em que são utilizados produtos químicos voláteis ou solventes.

Por SCIENTIFIC UTILIZATION, INC. - O AGENTE OFICIAL -

XdLej ENV ANTÓNIO J0Â0 BA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind.

Sue das Flores, 74 - 4.* 1β@0 LISBQA

Claims

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REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de descontaminação de líquido (10) que compreende: pelo menos um módulo de descontaminação (12); uma câmara (13) para reter o líquido a ser descontaminado, sendo a câmara parte integrante do módulo (12); pelo menos um conjunto de ânodo (22), incluindo o conjunto de ânodo (22) um componente eléctrodo de ânodo (23), pelo menos um conjunto de cátodo (30), incluindo o conjunto de cátodo (30) um componente eléctrodo de cátodo (32), estando os componentes eléctrodos de ânodo e cátodo (22 e 32) posicionados numa disposição oposta dentro da câmara (13) para definir uma área de descarga de arco (26) entre os mesmos; meios de escoamento de líquido para direccionar um escoamento do líquido através da câmara (13) próximo da área de descarga de arco (26); e meios de gerar impulso (50) para gerar uma série de arcos eléctricos (27) entre o componente eléctrodo de ânodo (22) e o componente eléctrodo de cátodo (32), caracterizado por os meios de injectar gás serem proporcionados para injectar um gás dentro do líquido na área de descarga de arco (26), compreendendo os meios de injectar gás um jacto de gás (21) como parte integrante relativamente ao conjunto do ânodo.
2. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 1, em que os meios de injecção de gás como parte integrante relativamente ao conjunto de ânodo compreendem um eléctrodo de ânodo (23) que tem um orifício interno do lado exterior da câmara para dentro da câmara.
3. Sistema de descontaminação de líquido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os meios de recirculação de líquido (82, 83 e 84) serem proporcionados para recirculação do líquido dentro da câmara (13).
4. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender meios (77, 78, 79) para injectar um ião e composto melhorado de radical livre dentro do líquido antes do líquido entrar na câmara (13).
5. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por os meios de oxidação (93) serem proporcionados para melhorar a distribuição no líquido de um agente oxidante depois do líquido deixar a câmara (13). 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 2/6
6. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o jacto de gás (21) compreender um orifício de gás que se prolonga do exterior da câmara (13), passa longitudinalmente através do componente eléctrodo de ânodo (23), e abre para dentro da área de descarga de arco (26).
7. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o conjunto de eléctrodo de ânodo (22) compreender adicionalmente um isolador (24) disposto em volta do componente eléctrodo de ânodo (23) e por o componente eléctrodo de ânodo compreender um tubo condutor e uma porção de lábio feita de um segundo metal, sendo a porção de lábio inserida dentro do tubo próximo da área de descarga de arco (26) para definir uma extremidade próxima do componente eléctrodo de ânodo (23).
8. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o conjunto de cátodo (30) compreender um componente eléctrodo de cátodo (32) que tem um orifício interno do lado de dentro da câmara para o lado de fora da câmara.
9. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o conjunto de cátodo (30) compreender um isolador (33) disposto em volta do componente eléctrodo de cátodo (32) e por o componente eléctrodo de cátodo (32) compreender um tubo metálico que tem uma extremidade próxima feita do segundo metal, extremidade próxima que está próxima da área de descarga de arco (26).
10. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a extremidade próxima do componente eléctrodo de cátodo (32) definir uma abertura dentro do tubo metálico para criar uma passagem de descarga de escoamento de líquido do lado de dentro da câmara (13) e através do componente eléctrodo de cátodo (32).
11. Sistema e descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações 9 ou 10, caracterizado por o isolador de cátodo (33) e o isolador de ânodo (24) terem cada uma secção próxima de forma cónica (37) que afunila para dentro na direcção da área de descarga de arco (26).
12. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações 9

85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 3/6 11, caracterizado por ο isolador de cátodo (33) e o isolador de ânodo (24) terem cada uma secção de flange (39), a câmara (13) ter uma parede lateral (154), uma chapa superior (135) e uma chapa inferior (136) que estão ligadas à parede lateral (154) da câmara (13), e por o módulo (12) compreender adicionalmente uma pluralidade de meios de aperto (150) para apertar a secção de flange (39) do isolador de cátodo (33) à chapa superior (135) e para apertar a secção de flange (39) do isolador de ânodo (24) à chapa inferior (136).
13. Sistema de descontaminaçào de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a câmara (13) compreender adicionalmente uma pluralidade de deflectores de direccionamento de escoamento (153) interiores à câmara (13).
14. Sistema de descontaminaçào de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o sistema compreender adicionalmente: um tanque de pré-processamento (40); um tanque de armazenamento(76); meios para fornecer um ião e um composto melhorado de radical livre do tanque de armazenagem para o tanque de pré-processamento; meios para fornecer água não tratada ao tanque de pré-processamento; uma torre oxidante (39), incluindo a torre meios para distribuir um agente de oxidação na água que passa através da torre; meios para fornecer água do tanque de pré-processamento (40) à câmara de descontaminaçào (13); meios para fornecer água da câmara (13) à torre oxidante (93); um tanque de retenção de pós-processamento (41); meios para fornecer água da torre oxidante (93) ao tanque de retenção de pós-processamento (41); e meios para descarregar a água tratada do tanque de retenção de pós-processamento (41), pelo que o sistema de descontaminaçào é adaptado para utilização como um sistema de tratamento de água de carga de escoamento baixo.
15. Sistema de descontaminaçào de líquido de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por os meios de controlo serem proporcionados para controlar o movimento de entrada e de saída da água do tanque de pré-processamento (40), a câmara de descontaminaçào (13), a torre oxidante (93) e o tanque de retenção de pós-processamento (41). 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 4/6
16. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, caracterizado por o sistema incluir meios para fornecer lama não tratada à câmara (13), e meios para remover a lama tratada da câmara (13); e por os meios geradores de impulso (50) compreenderem uns primeiros meios de interruptor de estado sólido (56), tendo os impulsos proporcionados pelos primeiros meios de interruptor de estado sólido (56) uma voltagem suficiente e corrente para criar um arco (27) dentro da lama.
17. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o sistema compreender adicionalmente: um segundo conjunto de ânodo (22) e um segundo conjunto de cátodo (30) posicionado dentro da câmara (13) para definir uma segunda área de descarga de arco (26) entre o segundo conjunto de ânodo (22) e o segundo conjunto de cátodo (30); uns segundos meios de injecção de gás para injectar o gás (21) através do segundo conjunto de ânodo (22) para dentro da segunda área de descarga de arco (26) dentro da câmara (13); e por os meios de geração de impulso (50) proporcionarem uns segundos meios de interruptor de estado sólido (56) para gerar uma série de arcos eléctricos (27) entre o segundo conjunto de ânodo (22) e o segundo conjunto de cátodo (30), tendo os impulsos uma voltagem e corrente suficientes para criar um arco (27) dentro da lama.
18. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o sistema compreender adicionalmente: uma segunda câmara (13) que inclui terceiro e quarto conjuntos de ânodo (22) e terceiro e quarto conjuntos de cátodo (30) montados em posições opostas dentro da segunda câmara (13) para definir terceira e quarta áreas de descarga de arco (26) entre o terceiro conjunto de ânodo (22) e o terceiro conjunto de cátodo (30) e o quarto conjunto de ânodo (22) e o quarto conjunto de cátodo (30), respectivamente; terceiro e quarto meios de injecção de gás para injectar o gás (21) dentro da terceira e quarta áreas de descarga de arco (27), respectivamente, dentro da segunda câmara (13); e terceiro e quarto meios de interruptor de estado sólido (56) para gerar uma sequência de impulsos de produção de arco aos terceiro e quarto conjuntos de ânodo (22) e os terceiro e quarto conjuntos de cátodo (30), respectivamente, tendo os impulsos uma voltagem e corrente suficientes para criar um arco (27) dentro da lama.
19. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a primeira câmara (13) e a segunda câmara (13) estarem ligadas 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 5/6 operativamente em série.
20. Sistema de descontam inação de líquido de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por a primeira câmara (13) e a segunda câmara (13) estarem ligadas operativamente em paralelo.
21. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender meios para remover os detritos que se acumularam entre os conjuntos de ânodo e cátodo na área de descarga do arco.
22. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por compreender meios de controlo para controlar cada um dos meios de interruptor de estado sólido (56) e os meios para remover os detritos na área de descarga de arco (26).
23. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por os meios de controlo incluírem meios sensores de falha para detectar uma ausência de área de arco dentro de cada das câmaras (13) e para parar o sistema quando é detectada uma ausência de formação de arco.
24. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por os meios de controlo compreenderem adicionalmente os meios (144) para regularem a pressão do gás fornecido a cada das câmaras (13) e para manter um predeterminado nível de pressão acima da pressão da lama dentro das câmaras.
25. Sistema de descontaminação de líquido de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a câmara (13) ser dimensionada para ser acusticamente ressonante próximo da frequência de impulsos a serem gerados dentro da câmara.
26. Método de purificação de líquido que compreende os passos de: dirigir o líquido a ser purificado através de uma primeira câmara (13); introduzir bolhas de gás dentro da primeira câmara entre um primeiro par de eléctrodos (23 e 32), compreendendo o primeiro par de eléctrodos um conjunto de ânodo e um conjunto de cátodo, sendo o gás injectado através de um jacto de gás como parte integrante relativamente ao conjunto de ânodo do primeiro par de eléctrodos; e gerar uma série de arcos de descarga eléctrica pulsados (27) dentro da primeira câmara (13) entre os eléctrodos (23 e 32) a níveis de energia suficiente para sustentar o arco (27) dentro do líquido durante o impulso e para produzir uma série de ondas de choque 85 225 ΕΡ Ο 739 311/ΡΤ 6/6 mecânicas pulsadas dentro do líquido.
27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por as bolhas de gás serem introduzidas dentro da primeira câmara (13) entre um segundo par de eléctrodos (23 e 32), compreendendo o segundo par de eléctrodos um conjunto de ânodo e um conjunto de cátodo, sendo o gás injectado através de um jacto de gás como parte integrante relativamente ao conjunto de ânodo do segundo par de eléctrodos e gerar uma série de arcos de descarga eléctrica pulsados (27) dentro da primeira câmara (13) entre o segundo par de eléctrodos (23 e 32) a níveis de energia suficiente para sustentar o arco (27) dentro do líquido durante o impulso e para produzir uma série de ondas de choque mecânicas pulsadas dentro do líquido.
28. Método de acordo com qualquer das reivindicações 26 ou reivindicação 27, caracterizado por um ião e composto melhorado de radical livre ser injectado dentro do líquido antes do mesmo entrar na câmara.
29. Método de acordo com qualquer das reivindicações 26 a 28, caracterizado por a distribuição de um agente oxidante no líquido ser melhorada depois do mesmo deixar a câmara. y,-r CL Lisboa, JilL. 2000 Por SCIENTIFIC UTILIZATION, INC. - O AGENTE OFICIAL -

EHG.“ ANTÔNIO JOÃO gA CUNHA FERREIRA Ag. 0|. Pr. Ind. das Flores, 74 - 4.* ieQO LISBOA