PT904253E - Processo de dessalinizacao de desmineralizacao de solucoes contendo acidos e/ou sais metalicos - Google Patents

Description

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DESCRICÂO “Processo de dessalinização, de desmineralização de soluçoes contendo ácidos e/ou sais metálicos” A presente invenção refere-se à redução qualitativa e quantitativa do teor em iões precipitáveis, de soluções aquosas ou outras e à sua utilização. A invenção aplica-se mais particularmente à dessalinização e à desmineralização de águas, designadamente de águas potáveis ou de águas de processo com vista a satisfazer os requisitos de potabilidade ou os requisitos ligados à utilização da água e à reciclagem das águas residuais na indústria.

Conhecem-se actualmente diversos processos de dessalinização ou de desmineralização ou de cristalização. Serão aqui lembrados em seguida os principais processos com os vários inconvenientes que Lhes estão associados: - a precipitação de sais pouco solúveis que são separados das águas tratadas por decantação ou filtração. Assim, a FR-A-2339 575 descreve um processo e uma instalação de tratamento de águas por precipitação cristalina e decantação que consiste em realizar uma dispersão homogénea da água a tratar, dos reagentes necessários à precipitação cristalina e das lamas separadas da água a tratar e em operar a decantação desta dispersão, terminando a reacção de precipitação cristalina durante a decantação. O inconveniente desta técnica conhecida reside na utilização de reagentes que podem ter um custo elevado, com vista a reduzir os seus teores em sais pouco solúveis que caracterizam a sua solubilidade; - a percolação através de um leito de resinas permutadoras de iões que permite substituir a totalidade ou parte dos iões por outros iões. Esta solução apresenta o inconveniente de um consumo importante de reagentes químicos e o da produção de eluatos de regeneração salinos, isto é muito salinos; - a filtração sobre membranas de nanofiltração ou de osmose inversa selectivas para certos sais e que os concentram numa ffacção do débito tratado. O inconveniente desta técnica reside na produção de um concentrado de filtração que representa uma ffacção importante do débito de água a tratar (da ordem de 10 a 70% em função da salinidade inicial e da taxa de conversão adoptada); 2 83 301

ΕΡ 0 904 253 / PT - evaporação que produz água desmineralizada por condensação do vapor produzido e que concentra a salinidade numa salmoura. Esta solução implica um consumo de energia muito importante e a produção de uma salmoura salina que deve ser quer rejeitada quer cristalizada, implicando esta última etapa um custo de investimento muito elevado; - a electrodiálise, que põe em jogo membranas permutadoras de iões que permitem extrair os sais minerais das soluções e concentrá-los numa salmoura, sendo o fluxo de água depurado separado do fluxo de salmoura pelas referidas membranas permutadoras de iões. A presente invenção propõe-se proporcionar um processo de dessalinização, de desmineralização com possibilidade de cristalização, que não apresenta os inconvenientes das soluções actualmente conhecidas e brevemente relembradas acima. O processo de dessalinização e de desmineralização de acordo com a presente invenção refere-se principalmente aos solutos cujas soluções são sobressaturáveis por adição de reagentes químicos.

Os solutos podem ser, entre outros, ácidos minerais ou orgânicos assim como os seus sais.

Em consequência, a presente invenção tem por objecto um processo de dessalinização, de desmineralização e, eventualmente, de cristalização de soluções contendo ácidos e/ou sais metálicos, caracterizado por comportar as etapas sucessivas seguintes: a) condicionamento das soluções previamente clarificadas, com o auxílio de um reagente químico inibidor da precipitação de sais seguido eventualmente, por uma filtração; b) concentração dos sais numa salmoura em sobressaturação, representando uma fracção do débito compreendida entre 5 e 80% do débito da solução a tratar; c) nesta salmoura, redução, isto é eliminação do efeito do inibidor de precipitação e precipitação dos sais cristalizáveis em sobressaturação, na fracção concentrada.

Segundo uma forma de concretização do processo de acordo com a invenção, tal como definido acima, pode ser prevista uma etapa suplementar prévia de neutralização consistindo numa modificação química da solução com vista a atingir o produto de solubilidade do ou dos iões a eliminar. De acordo com a invenção, esta etapa suplementar é efecluada por adição de reagentes, por exemplo adição de cálcio sob a forma de cloreto ou 3 83 301

ΕΡ 0 904 253 / PT hidróxido de cálcio, a fim de precipitar os sulfatos ou os fluoretos. De acordo com a invenção, esta etapa suplementar pode ser seguida ou não por uma etapa de clarificação.

De acordo com a invenção pode ser prevista uma etapa suplementar final consistindo numa reciclagem da fracção concentrada, para montante da etapa de clarificação, antes ou depois da etapa de precipitação/cristalização dos sais em sobressaturação.

De acordo com a presente invenção, os inibidores da precipitação dos sais eliminados são escolhidos no grupo compreendendo os fosfonatos, os poliacrilatos e os policarboxilatos.

Segundo uma forma de concretização do processo de acordo com a invenção, a etapa de desmineralização da solução e de concentração de sais é realizada de preferência por filtração sobre membranas de nanofiltração ou de osmose inversa, que são selectivas ou não para os iões a eliminar ou, por evaporação e/ou cristalização e/ou diálise e/ou electrodiálise e/ou electro-electrodiálise.

De acordo com a invenção, a redução, isto é eliminação do efeito do inibidor de precipitação pode ser realizada com o auxílio de um metal cuja valência depende ou não da qualidade do inibidor de precipitação, designadamente um metal trivalente e/ou por aumento do pH e/ou por aumento da temperatura e/ou pela acção de um oxidante químico e/ou pela acção de qualquer outro aditivo químico, mineral ou orgânico que permita neutralizar, na totalidade ou em parte a actividade do inibidor de precipitação. A título de exemplo não limitativo, apresentam-se em seguida os resultados obtidos experimentalmente aquando da concretização do processo de acordo com a invenção a uma escala semi-industrial. Os efluentes tratados aquando desta concretização eram águas provenientes da indústria mineira. Neste exemplo de concretização desprovido de qualquer carácter limitativo, combinou-se um condicionamento de águas saturadas em sulfato de cálcio com um poliacrilato, uma filtração sobre membrana de nanofiltração e uma destruição do poliacrilato com um sal de ferro férrico. A água bruta de partida apresentava as características seguintes: - condutividade :............................7 pS/cm - cálcio :......................................... 725 mg/1 - sulfatos :......................................2200 mg /1

- turvação :....................................0,25 NTU - pH :.............................................7,9 4 83 301

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Esta água foi condicionada com o auxílio de um inibidor de precipitação do sulfato de cálcio constituído por 2,5 mg/1 de poliacrilato. A água assim condicionada foi em seguida filtrada sobre uma membrana de nanofiltração (pressão de funcionamento 7 bar; taxa de conversão: 66%).

As características do permeado e do concentrado obtidos eram respectivamente, as seguintes: permeado: - débito :........................................66% do débito de alimentação - condutividade :............................5 pS/cm - sulfatos :......................................100 mg /1

- turvação :....................................0,2 NTU concentrado: - débito :........................................34% do débito de alimentação - condutividade :...........................12,5 pS/cm - cálcio :........................................2150 mg/1 - sulfatos :...................................... 6600 mg /1

- turvação :....................................0,35 NTU A redução, isto é, a supressão do efeito inibidor de precipitação do poliacrilato foi realizada com o auxílio de 16 mg/1 de ferro férrico no concentrado. Após uma hora de auto-cristalização, o teor em polímero solúvel era inferior ao limite de detecção do método de análise, isto é, 0,2 mg/1, o teor em sulfato de cálcio era vizinho de 5%, próximo da solubilidade teórica do sulfato de cálcio. A título de ilustração não limitativa, representou-se de forma esquemática sobre os desenhos anexos dois exemplos de realização de instalações que põem em prática o processo de acordo com a presente invenção. A Figura 1 refere-se a uma instalação de dessulfatação em circuito fechado com reciclagem do concentrado da etapa de nanofiltração.

Nesta Figura 1, vê-se que a água a tratar sofre previamente em 1, um tratamento de neutralização-precipitação com adição de compostos cálcicos (Ca(OH)2, CaCI2), seguido de uma íloculação cm 2 c depois dc uma decantação em 3. (neste exemplo de realização pode- 5 83 301

ΕΡ 0 904 253 / PT se utilizar um decantador lamelar). Neste dispositivo, uma parte das lamas é reciclada para a cabeça da instalação, sendo o resto submetido a uma etapa de desidratação como indicado nesta figura 1. A água clarificada é condicionada pelo inibidor de precipitação dc sulfato dc cálcio antes de ser filtrada por exemplo sobre um filtro de areia 4. A etapa de dessulfatação da água e de concentração dos sais em sulfato é aqui efectuada sobre membrana de nanofiltração 5. O permeado é em seguida evacuado e o concentrado é reciclado para a cabeça do processo, como está indicado na Figura 1. A cristalização dos sais em sobressaturação no concentnido é favorecida graças à mistura dos cristais do decantador com o concentrado, por exemplo, por intermédio de um hidro-ejector, utilizando assim a energia disponível sobre o concentrado. A Figura 2 refere-se a uma instalação de dessulfatação que funciona em circuito aberto e/ou semi-aberto, com tratamento independente e rejeição total ou parcial do concentrado da nanofiltração·

Nesta Figura 2, encontra-se a mesma instalação que a descrita acima com referência à Figura 1, estando a diferença no facto de que o concentrado da nanofiltração sofre um tratamento de cristalização-coagulação em 7 e em seguida uma floculação em 8 e por fim uma decantação em 9, sendo em seguida evacuada a água saturada em sulfato de cálcio.

De entre as vantagens do processo objecto da presente invenção, podem-se citar designadamente as seguintes: - baixo custo de exploração em reagentes (sais de cálcio, cloreto ou hidróxido de cálcio, inibidor de precipitação de sais, sal metálico), - eliminação de aniões tais como sulfatos, fosfatos, carbonatos, fluoretos e da sílica, sob a forma de precipitados de sais metálicos ou de hidróxidos que podem ser facilmente desidratados (não sendo esta lista limitativa), - eliminação de catiÓes tais como cálcio, estrôncio, bário e outros metais pesados sob a forma de sais metálicos simples ou complexos ou sob a forma de hidróxidos, - possibilidade de produção de um débito de água tratada (taxa de conversão) próximo de 100% do débito de água bruta (sendo a diferença proveniente da água evacuada com os precipitados metálicos). 6 83 301

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Fica bem entendido que a presente invenção não está limitada pelos exemplos de concretização ou de realização aqui descritos e/ou representados, mas que engloba todas as variantes.

Lisboa, 29. MM 2001

Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4,° 1200-195 LISBOA

Por DEGREMONT

Claims (11)

1. 83 301 ΕΡ 0 904 253 / PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo de dessalinização, de desmineralização e eventualmente de cristalização de soluções contendo ácidos e/ou sais metálicos, caracterizado por comportar as etapas sucessivas seguintes: a) condicionamento das soluções previamente clarificadas, com o auxílio de um reagente químico inibidor da precipitação de sais, seguido eventualmente por uma filtração (4); b) concentração dos sais numa salmoura em sobressaturação, representando uma ffacção do débito compreendida entre 5% e 80% do débito da solução a tratar (5); c) nesta salmoura, redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação e precipitação dos sais cristalizáveis em sobressaturação na fracção concentrada.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por comportar uma etapa suplementar prévia, consistindo numa neutralização (1) por adição de reagentes com vista a atingir o produto de solubilidade dos solutos a precipitar, podendo esta neutralização ser eventualmente seguida por uma etapa de clarificação (2,3).
3. 3 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por comportar uma etapa suplementar final consistindo numa reciclagem da fracção concentrada, antes da etapa de clarificação, antes ou após a etapa de precipitação/cristalização dos solutos (5).
4. 4 - Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o inibidor da precipitação dos solutos ser escolhido no grupo compreendendo os fosfonatos, os poliacrilatos e os policarboxilatos.
5. 5 - Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa (5) de desmineralização e de concentração dos solutos ser realizada por filtração sobre membranas de nanofiltração nu de osmose inversa, podendo ser selectivas ou não face aos iões a eliminar.
6. 6 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a etapa (5) de desmineralização e de concentração dos solutos ser realizada por evaporação e/ou cristalização e/ou diálise e/ou electrodiálise e/ou elcctro-clcctrodiálise. 83 301 ΕΡ 0 904 253 / PT 2/2
7. 7 - Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação ser realizada com o auxilio de um metal, cuja valência depende ou não da qualidade do inibidor de precipitação.
8. 8 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação ser realizada com o auxílio de um metal trivalente.
9. 9 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação ser realizada por aumento do pH.
10. 10 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação ser obtida por um aumento da temperatura.
11. 11 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a redução, isto é eliminação, do efeito do inibidor de precipitação ser realizada por acção de um oxidante químico e/ou de qualquer aditivo químico, mineral ou orgânico capaz de neutralizar na totalidade ou em parte a actividade do inibidor de precipitação. Lisboa, 2¾ Ml 2001 Por DEGREMONT

    Eng.® ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA