WO2022217328A1 - Sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade - Google Patents

Sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade Download PDF

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WO2022217328A1
WO2022217328A1 PCT/BR2021/050200 BR2021050200W WO2022217328A1 WO 2022217328 A1 WO2022217328 A1 WO 2022217328A1 BR 2021050200 W BR2021050200 W BR 2021050200W WO 2022217328 A1 WO2022217328 A1 WO 2022217328A1
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André Bicalho UCHOA
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Anamar Aquários Eireli Me
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    • B01D24/02—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration
    • B01D24/04—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being clamped between pervious fixed walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • This patent is for the invention of a water treatment system through high capillarity ceramic material, belonging to the area of water and sewage treatment, more particularly it is water from reflecting pools, ornamental lakes and biological pools, where, by obtaining high capillarity ceramic material, a water treatment station is set up near the site to be treated, which receives water from the site.
  • the most common and most used materials for this purpose of fixing beneficial bacteria in the lake filtration system are gravel, river pebble, expanded clay, construction tile, which are very inefficient and of low yield, due to low porosity. and capillarity, forming the biofilm only on the surface of these substrates.
  • Bio M ⁇ dia plastic material with grooves for the formation of biofilm for the cultivation of beneficial bacteria
  • bioglass sintered glass media
  • the present invention patent aims to propose a water treatment system through ceramic material of high capillarity, from ceramic residues that break in the final stage of the manufacture of water filter candles (billets) drinking water considered the best filters in the world, thus solving two problems: the recycling of these wastes and a more efficient water treatment, solving in a simple and efficient way the problems of the state of the art, in addition to providing other advantages arising from its design.
  • the present invention presents a water treatment system through high capillarity ceramic material composed of three stages, where in the first, from the ceramic residues that break in the manufacture of filter candles (billets) of drinking water, these residues go through a process that involves receiving the broken candles, crushing, sieving, stoning, washing, drying and storage in raffia bags. Then, with the bagged materials, it is built near the pond, reflecting pool or biological pool, the water treatment plant and finally the water from the desired location is treated passing through the station and through a suction pump it is returned treated for the respective location.
  • DESCRIPTION OF THE FIGURES DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • Figure 1 Block diagram of the high capillarity ceramic material processing
  • FIG. 2 Schematic front view, in section, of the water treatment plant.
  • FIG. 3 Schematic view of the water treatment system using high capillarity ceramic material.
  • the water treatment system through high capillarity ceramic material, from the ceramic waste that breaks in the final stage of the manufacture of filter candles (billets) for drinking water comprises the following steps:
  • the ceramic material in order to increase the porosity and also not to leave it cutting, goes through a lapping process, where the material is beaten in the concrete mixer (3) for a period between 50 and 90 minutes and then it is taken to washing ( 4); - In washing (4), to remove the dust generated by lapping, the ceramic material is washed in a 500 or 1000 liter water tank through manual or automatic sieving and is sent to packaging (5);
  • the material while still wet, is bagged in raffia bags that are sewn in the mouth and sent for drying (6);
  • bagged material is placed on pallets to drain the water and also to dry by evaporation;
  • Step 2 Assembly of the Water Treatment Station (ETA):
  • the Water Treatment Station (ETA) is mounted close and with the upper face at the same level as the place to be treated (LT) which can be a lake, water mirror or biological pool;
  • the Water Treatment Station is formed by a box (10) of masonry, concrete or polymeric material, depending on the volume of water to be treated, which must have a capacity of 5 to 10% of this volume, where at the bottom of the box (10) suction tubes (11) from 50 to 110 mm are placed, drilled or serrated on the upper face, which are coupled to a suction pump (12) through the pipe (13) and the treated water returns to the lagoon, reflecting pool or biological pool through the pipes (14), and the suction pump (12) can be located inside or outside the water treatment plant (ETA);
  • a plastic pallet (15) is positioned over the suction tubes (11), which is covered by a mechanical filtering blanket (16) to retain larger dirt particles and over the blanket ( 16) are made at least two layers formed by the ceramic material of high capillarity bagged (17) up to approximately one third of the height of the station (ETA) and over the bagged materials (17) another blanket (16) (see figure 2);
  • Step 3 Water Treatment:
  • ETA Water Treatment Station
  • LT place to be treated
  • LT water
  • ETA Water Treatment Station
  • the water passes through the high capillarity ceramic material that serves as a hive (biofilm) for the fixation of aerobic and anaerobic bacteria that convert ammonia into nitrite, nitrite into nitrate in the aerobic phase and nitrate into nitrogen in the anaerobic phase, thus closing the Nitrogen Cycle in an aquatic environment.
  • the colonization of these bacteria in this highly porous substrate serves to lower or consume the organic matter generated by the environment, thus bringing water quality and transparency;
  • the water treatment follows the Nitrogen Cycle, where, as it is a high porosity material where water can pass through it slowly and because it is treated of an alkaline element, favors the natural development of chemosynthesizing bacteria and pseudomonic denitrifying bacteria.
  • These nitrosomonas bacteria consume the organic matter dissolved in the aquatic environment with the aid of oxygen converting ammonia into nitrite.
  • nitrobacter bacteria with the help of oxygen as well, transform nitrite into nitrate.
  • Nitrate is processed by pseudomonas bacteria that develop in the anaerobic zones of the ceramic material, transforming the nitrate into nitrogen, thus closing the Nitrogen Cycle in the water, processing all the organic matter of the aquatic environment, giving a water quality with natural features of a water mine.
  • the ceramic material obtained is more efficient in relation to sintered glass media, because in the same volume occupied, it can, through its capillarity, form a biofilm with aerobic and anaerobic bacteria in greater numbers, therefore, more efficient.

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Abstract

Trata-se a presente patente de invenção de um sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade, pertencente a área de tratamento de água e esgoto, mais particularmente trata-se de água de espelhos d'águas, lagos ornamentais e piscinas biológicas, onde através da obtenção do material cerâmico de alta capilaridade é montada próximo ao local a ser tratado, uma estação de tratamento de água. O sistema compreende as seguintes etapas: Etapa 1 - Processamento dos resíduos de velas de filtros de água potável quebradas; Etapa 2 – Montagem da Estação de Tratamento de Água (ETA) próxima e com a face superior no mesmo nível do local a ser tratado (LT); Etapa 3 – Tratamento de água na Estação de Tratamento de Água (ETA) onde a água passa pelo material cerâmico de alta capilaridade que serve como colmeia (biofilme) para a fixação de bactérias aeróbias e anaeróbias que convertem amônia em nitrito, nitrito em nitrato na fase aeróbia e nitrato em nitrogênio na fase anaeróbia, fechando assim, o Ciclo do Nitrogênio em meio aquático.

Description

SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE [001] Trata-se a presente patente de invenção de um sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade, pertencente a área de tratamento de água e esgoto, mais particularmente trata- se de água de espelhos d’ águas, lagos ornamentais e piscinas biológicas, onde através da obtenção do material cerâmico de alta capilaridade é montada próximo ao local a ser tratado, uma estação de tratamento de água, a qual recebe a água do local e essa passa pelo material cerâmico de alta capilaridade que serve como colmeia (biofilme) para a fixação de bactérias aeróbias e anaeróbias que convertem amónia em nitrito, nitrito em nitrato na fase aeróbia e nitrato em nitrogénio na fase anaeróbia, fechando assim, o Ciclo do Nitrogénio em meio aquático. A colonização dessas bactérias nesse substrato altamente poroso serve para abaixar ou consumir a matéria orgânica gerada pelo meio ambiente proporcionando com isso, uma água com maior qualidade e transparência.
ESTADO DA TÉCNICA
[002] Os materiais mais comuns e mais utilizados para esse fim de fixação de bactérias benéficas no sistema de filtragem de lagos são brita, seixo de rio, argila expandida, telha de construção, sendo essas muito ineficientes e de baixo rendimento, pela baixa porosidade e capilaridade, formando o biofilme só na parte superficial desses substratos.
[003] Também há no mercado um material plástico com ranhuras para a formação de biofilme para o cultivo das bactérias benéficas, chamado Bio Mídia. No entanto, tal material apresenta baixo rendimento e sua matéria prima, que é plástico, gera assim mais lixo sem ser reciclável.
[004] Também existem as mídias de vidro sinterizado, chamadas de bioglass, que existem no mercado nacional e internacional e são mais eficientes do que os substratos acima relacionados (brita, seixo de rio, argila expandida, telha de construção), mas ainda não apresentam uma formação de biofilme com bactérias aeróbicas e anaeróbicas em grande número, sendo portanto, ainda pouco eficiente.
OBJETIVO DA INVENÇÃO
[005] Assim, a presente patente de invenção tem como objetivo, propor um sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade, a partir resíduos cerâmicos que se quebram na etapa final da fabricação de velas de filtros (tarugos) de água potável considerados os melhores filtros do mundo, resolvendo assim dois problemas: o da reciclagem desses descartes e um tratamento de água mais eficiente, resolvendo de forma simples e eficiente os problemas do estado da técnica, além de proporcionar outras vantagens decorrentes de sua concepção.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[006] A presente invenção apresenta um sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade composto por três etapas, onde na primeira, a partir dos resíduos cerâmicos que se quebram na fabricação de velas de filtros (tarugos) de água potável, estes resíduos passam por um processamento que envolve recebimento das velas quebradas, trituração, peneiramento, lapidação, lavagem, secagem e armazenamento em sacos de ráfia. Em seguida, com os materiais ensacados é construída próximo a lagoa, espelho d’água ou piscina biológica, a estação de tratamento de água e finalmente a água do local desejado é tratada passando pela estação e através de uma bomba de sucção é devolvida tratada para o respectivo local. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[007] O sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade será melhor compreendido através das figuras que, de modo esquemático, representam:
Figura 1 - Diagrama de blocos do processamento do material cerâmico de alta capilaridade;
Figura 2 - Vista frontal esquemática, em corte, da estação de tratamento de água; e
Figura 3 - Vista esquemática do sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[008] O sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade, a partir dos resíduos cerâmicos que se quebram na etapa final da fabricação de velas de filtros (tarugos) de água potável, compreende as seguintes etapas:
Etapa 1 - Processamento dos resíduos:
- Os resíduos de velas de filtros (tarugos) de água potável quebradas são triturados em triturador de concreto (1) utilizado para reciclar material da construção civil;
- A partir dos pedaços triturados de velas de filtros, estes são separados através de peneiras (2) com malhas entre 2 e 4 centímetros para obtenção de material com granulometrias entre 2 e 3,5 centímetros;
- O material com granulometria maior do que 4 centímetros retoma para o triturador e o material com granulometria menor é conduzido para uma betoneira (3) para ser lapidado;
- O material cerâmico para aumentar a porosidade e também para não deixá-lo cortante, passa por um processo de lapidação, onde o material é batido na betoneira (3) por um período entre 50 e 90 minutos e em seguida é conduzido para lavagem (4); - Na lavagem (4), para a remoção do pó gerado pela lapidação, o material cerâmico é lavado em uma caixa d’água de 500 ou 1000 litros através de peneiramento manual ou automático e é encaminhado para embalagem (5);
- Na embalagem (5), o material ainda úmido é ensacado em sacos de ráfia que é costurado na boca e encaminhado para secagem (6);
- Na secagem (6), ensacado o material é colocado sobre paletes para escorrer a água e também para secar por evaporação;
- Após a secagem (6) os sacos com o material cerâmico de alta capilaridade são encaminhados para a estação de tratamento de água (ETA) (vide figura 1);
_ _ _ _
Etapa 2 - Montagem da Estação de Tratamento de Agua (ETA):
- A Estação de Tratamento de Agua (ETA) é montada próximo e com a face superior no mesmo nível do local a ser tratado (LT) que pode ser um lago, espelho d’água ou piscina biológica;
- A Estação de Tratamento de Agua (ETA) é formada por uma caixa (10) de alvenaria, concreto ou de material polimérico, dependendo do volume de água a ser tratada que deve ter capacidade para 5 a 10% desse volume, onde no fundo da caixa (10) são colocados tubos de sucção (11) de 50 a 110 mm furados ou serrilhados na face superior, os quais são acoplados a uma bomba de sucção (12) através da tubulação (13) e a água tratada retoma para a lagoa, espelho d’água ou piscina biológica através das tubulações (14), sendo que a bomba de sucção (12) poderá ser localizada dentro ou fora da estação de tratamento de água (ETA);
- Para o tratamento da água, é posicionado um palete (15) de plástico sobre os tubos de sucção (11), o qual é coberto por uma manta (16) de filtragem mecânica para reter as partículas maiores de sujeira e sobre a manta (16) são feitas pelo menos duas camadas formadas pelo material cerâmico de alta capilaridade ensacados (17) até aproximadamente um terço da altura da estação (ETA) e sobre os materiais ensacados (17) outra manta (16) (vide figura 2);
_ _
Etapa 3 - Tratamento de Agua:
- Uma vez montada a Estação de Tratamento de Agua (ETA) próximo ao local a ser tratado (LT) que pode ser um lago, espelho d’água ou piscina biológica, a água do mesmo é bombeada ou por gravidade conduzida por tubulação (20) até a Estação de Tratamento de Agua (ETA);
- Na Estação de Tratamento de Agua (ETA) a água passa pelo material cerâmico de alta capilaridade que serve como colmeia (biofilme) para a fixação de bactérias aeróbias e anaeróbias que convertem amónia em nitrito, nitrito em nitrato na fase aeróbia e nitrato em nitrogénio na fase anaeróbia, fechando assim, o Ciclo do Nitrogénio em meio aquático. A colonização dessas bactérias nesse substrato altamente poroso serve para abaixar ou consumir a matéria orgânica gerada pelo meio ambiente trazendo, com isso, qualidade de água e transparência;
- Ao completar o Ciclo do Nitrogénio em meio aquático, a água é sugada pelos tubos de sucção (11) conectados a bomba de sucção (12) através da tubulação (13) e a água tratada retorna para a lagoa, espelho d’água ou piscina biológica através das tubulações (14).
FUNCIONAMENTO DO INVENTO
[009] Com o sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade, o tratamento de água segue o Ciclo do Nitrogénio, onde por ser um material de alta porosidade onde a água consegue passar através dele de forma lenta e por se tratar de um elemento alcalino, favorece o desenvolvimento natural de bactérias quimiossintetizantes e bactérias pseudômonas desnitrificantes. Essas bactérias nitrossomonas consomem a matéria orgânica dissolvida no meio aquático com o auxílio do oxigénio transformando a amónia em nitrito. Da mesma forma, as bactérias nitrobacters, com o auxílio do oxigénio também, transformam nitrito em nitrato.
[010] Já o nitrato é processado por bactérias pseudômonas que se desenvolvem nas zonas anaeróbias do material cerâmico, transformando o nitrato em nitrogénio, fechando assim o Ciclo do Nitrogénio na água processando toda a matéria orgânica do meio aquático, conferindo uma qualidade de água com características naturais de uma mina d água. VANTAGENS OBTIDAS COM O INVENTO
[011] Com o sistema de tratamento de água através de material cerâmico de alta capilaridade assim obtido, obteve-se as seguintes e extraordinárias vantagens:
- As estações de tratamento de água que usam o material cerâmico como elemento filtrante biológico, processam de forma tão eficiente a matéria orgânica, que podem ficar de 6 meses até dois anos e meio sem nenhum tipo de manutenção no mesmo;
- Proporciona uma destinação adequada para o resíduo da fabricação de velas de filtros (tarugos) de água potável;
- Proporciona melhor porosidade e capilaridade;
- Aumenta o Ph, o que ajuda no desenvolvimento das colónias de bactérias benéficas;
- Permite cultivar bactérias aeróbias e anaeróbias;
- É superior a todas as outras mídias biológicas do mercado conferindo resultados surpreendentes; e
- O material cerâmico obtido é mais eficiente em relação às mídias de vidro sinterizado, pois no mesmo volume ocupado consegue, pela sua capilaridade, formar um biofilme com bactérias aeróbias e anaeróbias em maior número, sendo assim, mais eficiente.
[012] A abrangência da presente patente de invenção, não deve ser limitada a sua aplicação, mas sim, aos termos definidos nas reivindicações e seus equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, a partir dos resíduos cerâmicos que se quebram na etapa final da fabricação de velas de filtros (tarugos) de água potável, caracterizado por compreende as seguintes etapas:
Etapa 1 - Processamento dos resíduos de velas de filtros de água potável quebradas;
Etapa 2 - Montagem da Estação de Tratamento de Agua (ET A) próxima e com a face superior no mesmo nível do local a ser tratado (LT);
Etapa 3 - Tratamento de água na Estação de Tratamento de Agua (ETA) onde a água passa pelo material cerâmico de alta capilaridade que serve como colmeia (biofilme) para a fixação de bactérias aeróbias e anaeróbias que convertem amónia em nitrito, nitrito em nitrato na fase aeróbia e nitrato em nitrogénio na fase anaeróbia, fechando assim, o Ciclo do Nitrogénio em meio aquático.
2 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na Etapa 1 os resíduos passarem pelo seguintes processamento:
- Os resíduos de velas de filtros quebrados são triturados em triturador de concreto (1) utilizado na construção civil;
- A partir dos pedaços triturados de velas de filtros, estes são separados através de peneiras (2);
- O material com granulometria maior do que 4 centímetros retoma para o triturador e o material com granulometria menor é conduzido para uma betoneira (3) para ser lapidado; - O material cerâmico passa por um processo de lapidação, onde o material é batido na betoneira (3) por um período entre 50 e 90 minutos e em seguida é conduzido para lavagem (4);
- Na lavagem (4), o material cerâmico é lavado em uma caixa d’água de 500 ou 1000 litros através de peneiramento manual ou automático e é encaminhado para embalagem (5);
- Na embalagem (5), o material ainda úmido é ensacado em sacos de ráfia que é costurado na boca e encaminhado para secagem (6);
- Na secagem (6), ensacado o material é colocado sobre paletes para escorrer a água e também para secar por evaporação;
- Após a secagem (6) os sacos com o material cerâmico de alta capilaridade são encaminhados para a estação de tratamento de água (ETA).
3 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelas peneiras (2) terem malhas entre 2 e 4 centímetros para obtenção de material com granulometrias entre 2 e 3,5 centímetros.
4 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por na Etapa 2 a Estação de
Tratamento de Agua (ETA) ser formada por uma caixa (10) onde no fundo são colocados tubos de sucção (11) de 50 a 110 mm furados ou serrilhados na face superior, os quais são acoplados a uma bomba de sucção (12) através da tubulação (13) e a água tratada retorna para o local a ser tratado (LT) através das tubulações (14);
- Para o tratamento da água, ser posicionado um palete (15) de plástico sobre os tubos de sucção (11), o qual é coberto por uma manta (16) de filtragem mecânica e sobre a manta (16) são feitas camadas formadas pelo material cerâmico de alta capilaridade ensacados (17) e por outra manta (16);
5 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo local a ser tratado (LT) ser um lago, espelho d’ água ou piscina biológica.
6 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela bomba de sucção (12) ser localizada dentro ou fora da estação de tratamento de água (ET A).
7 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela caixa (10) ser de alvenaria, concreto ou de material polimérico.
8 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela caixa (10) ter capacidade para 5 a 10% do volume de água do local a ser tratado (LT).
9 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por no interior da caixa (10) serem feitas pelo menos duas camadas formadas pelo material cerâmico de alta capilaridade ensacados (17) até aproximadamente um terço da altura da estação (ETA).
10 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE MATERIAL CERÂMICO DE ALTA CAPILARIDADE, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por na Etapa 3 água do local a ser tratado (LT), ser bombeada ou por gravidade conduzida por tubulação
(20) até a Estação de Tratamento de Agua (ETA);
- Ao completar o Ciclo do Nitrogénio em meio aquático, a água ser sugada pelos tubos de sucção (11) conectados a bomba de sucção (12) através da tubulação (13) e a água tratada retomar ao local a ser tratado (LT) através das tubulações (14).
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