Patent BR-112012027350-A2 (BR)
Title: Sistema e processo de potabilização de água, através do meio ambiente e/ou de água obtida de rede municipal ou coletiva, e/ou de água obtida de poço, e/ou de água obtida em recipientes domésticos e industriais
Inventor: ANDREA CECILIA BARRAGÁN
IPC: C02F1/72
Filed: 2010-12-30
Abstract: sistema e processo de potabilização de água, através do meio ambiente e/ou de água obtida de rede municipal ou coletiva, e/ou de água obtida de poço, e/ou de água obtida em recipientes domésticos e industriais. a água obtida através de a: água obtida através do meio ambiente ou b: água obtida de rede municipal ou coletiva, de água obtida de poço, de, água obtida em recipientes domésticos ou industriais e canalizada pelo canal 26 ou 42 (fig.3-fig.4) respectivamente não reúne condições de potabilidade, portanto a seguir descreveremos o processo químico do "potabilização in situ" desenvolvido para tal efeito. para isso contamos com um recipiente de esterilização primária 50 (fig.7) cuja alimentação principal é a água obtida 26 e/ou 42 e o oxidante seletivo 57. este processo químico é denominado de "processo batch". a pesar de ser todo o processo contínuo, este processo batch é precisamente o contrário, é descontinuo, onde se valoriza o "tempo de permanência" em que transcorre o processo químico entre a água obtida e o oxidante seletivo empregado e que geralmente é de várias horas. "processo batch", que trabalha a pressão positiva através de uma válvula pressostática 58 (fig.7) e que dispõe de um controle analítico quantitativo 59 (fig.7) que garante o sucesso da operação. controle analítico que nos permite seguir o processo até que quimicamente esteja terminado, isto é, que a água tratada esteja livre de contaminantes, vírus, microrganismos, bactérias, etc. apesar de o usuário demandar água, esta não estará disponível até que o processo químico esteja completo. como o oxidante usado é pouco solúvel em água, depois de agir na água obtida, forma na parte superior do recipiente de esterilização primária 50 (fig.7) uma atmosfera estéril, que evita contaminação futura nas paredes e teto do recipiente. o recipiente de esterilização primária 50, fig. 7, está constituído por um recipiente cilíndrico com estrutura de liga metálica apta para oxidantes 51, uma entrada de água 26 e/ou 42, uma entrada de oxidante seletivo 57, ambas as entradas, de água e oxidante, convergem a um difusor mistura gás/água 55. o sistema, através de um motor para girar um eixo 52, opera um conjunto de bandejas homogeneizadoras fase gás/líquido 54, e ao mesmo tempo um conjunto de boias utilizadas para controle de processo 53. faz parte do sistema um aparelho de controle analítico quantitativo 59, e uma válvula pressostática 58, que gera durante o processo químico uma pressão positiva no recipiente. quando a pressão vence a regulagem estabelecida para a operação, o excedente do oxidante 60 é enviado ao recipiente de água para consumo 150. quando o processo químico estiver finalizado, e só nesse momento e não antes, a água tratada esterilizada 121 é aspirada pela bomba 120. a eficiência do oxidante está referenciada em que seu potencial redox (v) é de 2,07 enquanto que o do cloro (bactericida mundialmente usado) é de 1,36. além disso, a oxidação produzida é muito efetiva para espécies inorgânicas reduzidas, a saber: 2fe+2 + oxidante + 5?2 fe (oh)3 ppdo. + o2 + 4 h+ mn+2 + oxidante + h2o?mn02 ppdo. + 02 + 2h+ nh3 + oxidante ?n03 + 4 02 + h30+ n02 + oxidante ? n03 + 02 s2=+ oxidante ? s04 + 4 02 cn + oxidante ? 2c02 + n2 + 3 02 + h20 a aplicação mais estendida é a oxidação de fe+2 e mn+2, espécies que podem dar cor à água e provocar o crescimento de bactérias dependentes destes elementos. do mesmo modo, a oxidação de n02, nitrito, convertidos em n03, nitrato, é uma das reações mais importantes, pois os nitritos são geralmente componentes do ar do meio ambiente e se encontram na água que condensa. a ingestão de água com nitrito em concentrações importantes causa intoxicações agudas e pode produzir a morte. além disso, produz a oxidação de microcontaminantes orgânicos (eliminação de odores e sabores, compostos fenólicos, pesticidas, etc.), & 0 desinfecção e eliminação de algas. o oxidante usado produz a inativação das bactérias por oxidação: em primeiro lugar o oxidante age sobre glicoproteínas, glicolipídios e alguns 10 aminoácidos. no interior celular, o oxidante ataca sistemas enzimáticos e o material nuclear produzindo sua destruição. nos vírus, a oxidação se produz em primeiro lugar sobre as proteínas do capsídeo do vírus, para depois atacar o ácido nucleico do interior. a oxidação que realizamos se diferencia da oxidação realizada com cloro, onde o cloro deixa subprodutos da desinfecção não desejáveis o importante desta esterilização é que conseguimos não deixar efeitos residuais sobre a água a ser consumida. lograda a esterilização primária ou esterilização "in situ" da água obtida, esta é conduzida pela bomba de circulação 120, fig.8, cujo corpo principal é " 20 uma liga metálica apta para oxidantes 123, acionada por um motor elétrico 124. a água impulsionada através do canal 122 é enviada à câmara de adsorção 130, fig.9. esta câmara composta por uma estrutura apta para oxidantes 131 possui duas saídas, uma de água sem oxidante 132 e uma saída de oxigênio residual 135. a câmara de adsorção 130 contém um absorvente selecionado e 5 específico 133, com grande poder de adsorção que permite eliminar o oxidante em excesso e ao mesmo tempo elimina todo tipo de odores ou sabor indesejável da água a consumir. o adsorvente 133 específico age como catalisador e transforma o oxidante em oxigênio, eliminando sabores ou odores gerados pela oxidação. os adsorventes utilizados apresentam elevadas superfícies específicas, da n ordem de 1000 a 2000 m²/g. os elevados valores de superfície específica se devem em grande medida à porosidade que apresentam. a adsorção é um processo pelo qual os átomos na superfície de um sólido atraem e retêm moléculas de outro composto. estas forças de atração são conhecidas como forças de van der waals. portanto, ao ser um fenômeno que ocorre na superfície, quanto maior for a área superficial disponível que um sólido tiver, melhor absorvente poderá ser. todos os átomos de carbono na superfície de um cristal são capazes de atrair moléculas de compostos que causam cor, odor ou sabor indesejável. a diferença do adsorvente selecionado específico 133 para nossa invenção consiste na quantidade de átomos na superfície disponível para realizar a adsorção. através do vapor de água e co2 ocorrem reações químicas que eliminam átomos de carbono produzindo assim a porosidade necessária para a adsorção. uma elevada superfície específica, com uma distribuição de tamanhos de poros que tornem facilmente acessível ao adsorvato, é uma condição necessária para otimizar a preparação do leito adsorvente 133 (fig 9). uma vez atravessada a câmara de adsorção, a água sem oxidante, sem odor, sem sabor e sem cor sai pelo canal 132 e é enviada ao recipiente de água para consumo 150, fig. 10. este recipiente é constituído por uma estrutura apta para oxidante 154 e consta de uma entrada de água sem oxidante 132 proveniente da câmara de adsorção que, com o fim de não se misturar com o oxidante 60 remanescente em excesso do recipiente de esterilização primária 50, é enviado ao fundo do recipiente 150. o recipiente contém um misturador 153 que trabalha coordenado com os dosadores de minerais 170 (fig.10). também conta com um sistema de boias que controlam os níveis do recipiente e são indicadores do estado do mesmo. pela entrada oxidante 60 não se faz este oxidante borbulhar na água, mas forma uma atmosfera estéril que não permite a formação de mofos, nem microrganismos ou bactérias nas paredes e tampa do recipiente de água para consumo 150. o excedente do oxidante é enviado à bandeja de condensação 25 (fig.3), através do canal 151, com o fim de manter estéril o começo do gotejamento, ou a salda da eletroválvula 42 ou o exterior. a água armazenada no recipiente 150 está pronta para ser consumida através da torneira 180 (fig. 10). como se observa através da narração, tanto a água produzida para consumo como todo o sistema que a contém tem atmosfera estéril permanentemente. do mesmo modo, uma vez que está terminado o processo físico-químico em sua totalidade e os recipientes 50 e 150 estão completos e sem requerimento de água para consumo 180, com o fim de manter esterilizado todo o sistema, coloca-se em funcionamento sequencialmente o concentrador de oxigênio 80 e a fonte de esterilização estabilizada 100 para gerar oxidante em quantidade suficiente para a tarefa da esterilização do sistema. isto ocorre durante as 24 horas e os 365 dias do ano. em virtude das análises químicas obtidas das diferentes águas, detectamos nas sociedades em geral dos diversos países problemas comuns entre elas. estes problemas comuns se veem refletidos nas diferentes qualidades de água engarrafada que são vendidas nos países. com base no estudado podemos dizer que a água potável 180 obtida provém de uma água a: água obtida através do meio ambiente; a mesma possui um baixo conteúdo de minerais. se, pelo contrário, a água potável 180 obtida é b: água obtida de rede municipal ou coletiva, de água obtida de poço, de água obtida em recipientes domésticos ou industriais, a mesma possui minerais de origem. com base na proposição comparativa anterior, desenvolvemos para tal fim dosadores de minerais 171, e seus correspondentes funis herméticos 172 (fig. 11). através destes dosadores podemos dizer, em princípio e atendendo os requerimentos básicos das populações, que podemos mineralizar as águas com base no seguinte conceito: a = água potável 180 obtida através do meio ambiente, pode-se incorporar a ela minerais, polivitamínicos, carboidratos, etc. com o fim de obter o seguinte: 1- água mineral equilibrada. 2- água para esportistas. 3- água para carências nutricionais. b = água potável 180 obtida de rede municipal ou coletiva, de água obtida de poço, de água obtida de recipientes domésticos ou industriais, pode-se incorporar minerais, polivitamínicos, carboidratos, etc. com o fim de obter o seguinte: 1- água para esportistas. 2- água para carências nutricionais. com o objeto de esclarecer o que significa cada variante especificada podemos dizer que: i-água mineral equilibrada: composição química: sódio: 70 mg/l. potássio: 1 mg/l. cálcio: 100 mg/l. cloretos: 70 mg/l. fósforo: 50 mg/l. funções de cada elemento: sódio: junto com o potássio, este mineral está estritamente vinculado com a regulagem dos fluidos corporais. regula o equilíbrio dos fluidos corporais dentro e fora das células. mantém o nível de fluidos em sangue. potássio: trabalha junto com o sódio para regular o balanço da água no corpo e normalizar o ritmo cardíaco (o potássio trabalha dentro das células; o sódio fora delas). quando o equilíbrio sódio-potássio se altera, as funções nervosas e musculares se veem afetadas. cálcio: mantém os ossos e os dentes sadios, participa na contração muscular e na coagulação do sangue, ajuda a uma melhor transmissão dos impulsos nervosos. regula a pressão arterial e intervém na coagulação do sangue. cloreto: forma o ácido clorídrico do estômago e se encontra nos fluidos junto ao sódio, com o que trabalha para a distribuição dos líquidos corporais. intervém na digestão dos alimentos. ajuda a eliminar os resíduos do organismo. fósforo: presente em todas as células do corpo. o cálcio e o fósforo devem estar em equilíbrio para funcionar corretamente. promove o crescimento e manutenção óssea. mantém a gengivas e os dentes sadios. ajuda no metabolismo dos hidratos de carbono e as gorduras, proporcionando energia em todas as células do organismo. 2- água para esportistas: composição química: cloreto de sódio: 450 mg/l. cloreto de potássio: 120 mg/l. carboidratos: 60 gramas (glicose ou sacarose) funções de cada elemento: sódio: junto com o potássio, este mineral está estritamente vinculado com a regulagem dos fluidos corporais. regula o equilíbrio dos fluidos corporais dentro e fora das células. mantém o nível de fluidos em sangue. potássio: trabalha junto com o sódio para regular o balanço da água no corpo e normalizar o ritmo cardíaco (o potássio trabalha dentro das células; o sódio fora delas). quando o equilíbrio sódio-potássio se altera, as funções nervosas e musculares se veem afetadas. carboidratos: constituem o carburante ou fonte energética básica do organismo. são a melhor forma de combustível que o cérebro pode assimilar e utilizar. 3-água para carências nutricionais: composição química: sódio: 170 mg/l. potássio: 1 mg/l. cálcio: 200 mg/l. zinco: 3 mg/l. cloreto: 350 mg/l. fósforo: 100 mg/l. ferro: 0.2 mg/l. carboidratos: 75 mg/l vitamina c: 60 mg/l. vitamina b1: 1 mg/l. vitamina b3: 10 mg/l. vitamina b6: 1.5 mg/l. vitamina b9: 150 micrograma/l. vitamina b12: 1 micrograma/l. funções de cada elemento: sódio: junto com o potássio, este mineral está estritamente vinculado com a regulagem dos fluidos corporais. regula o equilíbrio dos fluidos corporais dentro e fora das células. mantém o nível de fluidos em sangue. potássio: trabalha junto com o sódio para regular o balanço da água no corpo e normalizar o ritmo cardíaco (o potássio trabalha dentro das células; o sódio fora delas). quando o equilíbrio sódio-potássio se altera, as funções nervosas e musculares se veem afetadas. cálcio: mantém os ossos e os dentes sadios, participa na contração muscular · e na coagulação do sangue, ajuda a uma melhor transmissão dos impulsos nervosos. regula a pressão arterial e intervém na coagulação do sangue. zinco: está envolvido em muitas funções do organismo e é parte de muitos sistemas enzimáticos. é essencial para a síntese de proteínas e regula a contração dos músculos. participa da síntese de insulina, é importante para a formação dos glóbulos vermelhos e o equilíbrio de acidez e alcalinidade do organismo, é importante no desenvolvimento de todos os órgãos reprodutivos. cloreto: forma o ácido clorídrico do estômago e se encontra nos fluidos junto ao sódio, com o que trabalha para a distribuição dos líquidos corporais. intervém na digestão dos alimentos. ajuda a eliminar os resíduos do organismo. fósforo: presente em todas as células do corpo. o cálcio e o fósforo devem estar em equilíbrio para funcionar corretamente. promove o crescimento e manutenção óssea. mantém a gengivas e os dentes sadios. ajuda no metabolismo dos hidratos de carbono e as gorduras, proporcionando energia em todas as células do organismo. ferro: está presente em cada célula do corpo. intervém no metabolismo das vitaminas do complexo b, ajuda o crescimento. promove a resistência às infecções. previne a anemia e a fadiga. melhora o tono muscular. aumenta a concentração, a memória e a capacidade de aprendizagem. carboidratos: constituem o carburante ou fonte energética básica do organismo. são a melhor forma de combustível que o cérebro pode assimilar e utilizar. vitamina c: essencial para o organismo, ajuda a formar colágeno no tecido conectivo da pele, cartilagens, discos, articulações, paredes, capilares, ossos e dentes. ajuda a formação de hormônios tireoidianos. ajuda a adsorção de ferro, ajuda a utilização dos carboidratos, síntese de gorduras e proteínas, preservação e integridade das paredes dos vasos sanguíneos. vitamina b1: tem um papel crucial na produção de energia. é vital para o correto funcionamento do sistema nervoso. ajuda a metabolizar os hidratos de carbono para transformá-los em energia. mantém a saúde das membranas celulares, promove o crescimento e a capacidade de aprendizagem individual. vitamina b3: contribui para a liberação de energia proveniente dos alimentos e para a formação de substâncias necessárias para a utilização de gorduras e açúcares. participa da manutenção do funcionamento normal da pele e dos sistemas nervosos e digestivos. vitamina b6: tem várias funções no organismo, especialmente no metabolismo dos aminoácidos e do sistema nervoso central. age no metabolismo de proteínas, hidratos de carbono e gorduras. ajuda na formação de anticorpos e células do sangue e insulina. regula o balanço dos fluidos corporais. vitamina b9: é absorvida no sistema gastrointestinal, é transportada pelo sangue e age em uma ampla variedade de funções. ajuda a formação de proteínas. é essencial para a divisão das células no corpo, sobretudo durante a etapa de crescimento, a gravidez e o desenvolvimento normal da criança em seus primeiros anos de vida. intervém na formação de glóbulos vermelhos normais. vitamina b12: ajuda o funcionamento do ferro como matéria-prima para elaborar glóbulos vermelhos. estimula a utilização de proteínas, gorduras e carboidratos. promove o crescimento, desenvolvimento celular e as células sanguíneas. intervém na fabricação da cobertura das células nervosas e na manutenção do funcionamento normal do sistema nervoso. o processo físico-químico completo de potabilização "in situ" da água e o sistema em geral é operado sob comandos e ordens gerais através de um dispositivo eletrônico (230) (fig. 12). o sistema geral é o resultado de uma ordenada sequência de etapas, as que se sustentam nos sinais enviados pelos sensores de detecção de nível de água de cada recipiente (53) e (152), pertencentes ao recipiente de esterilização primária (50) e ao recipiente de água para consumo (150) respectivamente. o sistema de controle (230) utilizará a informação recebida dos sensores, entre outras coisas, para: 1- controlar a entrada de água a ser processada, seja ativando o sistema de condensação através do ar (20) ou ativando a eletroválvula (40) se for água de rede, poço ou de recipiente doméstico. 2- desativar os elementos correspondentes, a fim de evitar derrames. 3- ativar e desativar a fonte de esterilização estabilizada (100) segundo necessidades do processo. 4- ativar e desativar a bomba de circulação (120) para deslocar água de um recipiente a outro. 5- controle de tempo no processo químico propriamente dito, regulado através de um controle analítico específico (59). estabelecidas as condições de funcionalidade e interação necessárias que deve cumprir o sistema de controle, temos como resultado um circuito eletrônico complexo, motivo pelo qual foi desenhado um programa especial e específico para tal fim, com base num controlador de interface periférico (231) que é reprogramável através de um porto de conexão com um computador programador periférico (234) que permite não só obter todas as funções e sequências demandadas pelo processo, mas que ainda conta com uma própria rotina de auto-supervisão de falhas que lhe confere estabilidade e confiabilidade. o usuário conta em todo momento com informação que lhe permite conhecer em que etapa do processo está (em tempo real) através de uma tela indicadora (235) (fig.12) por tudo o que foi exposto podemos dizer que esta original invenção propõe vários conceitos fundamentais para a vida dos seres humanos, e sobretudo prioriza o meio ambiente ao não usar agentes químicos na potabilização "in situ". e ainda mais, incorporamos o conceito que através da água podemos melhorar a vida dos seres humanos, em especial os carentes. entre outros conceitos esta invenção leva em consideração o seguinte: 1) substituir o sistema centenário de potabilizar 1000 litros por dia por família e só bebermos 10 litros por dia. 2) inventar um sistema integrado e seguro de potabilização "in situ" com o objeto de chegar aos lugares onde não há água e ao mesmo tempo propor a substituição da água engarrafada nos lugares que sim há água, mas onde a mesma não é confiável para uso humano. 3) reduzir consideravelmente o custo da água a ser bebida pelos seres humanos. 4) este sistema permite chegar a todas as populações de um país, às classes pobres, às de classe média, às classes carentes, isto é, coloca-se a água potável ao alcance de todo o mundo. 5) um sistema que possa fornecer água com energia elétrica, mas também com energia eólica e/ou solar. 6) um sistema que ajude a diminuir drasticamente a mortalidade infantil, assim como doenças virais, etc. 7) um sistema válido para emergências, sejam naturais ou criadas pelo homem. 8) em todos os casos a potabilização "in situ" obtida é emergente do ar que nos rodeia, sem agregado algum de agentes químicos e sem prejudicar o meio ambiente. 9) um sistema que esteja esterilizado permanentemente. 10) um sistema que permita acondicionar a água segundo as necessidades familiares, a saber: água mineral equilibrada, água para esportistas, água para carências nutricionais. e por último o "processo de potabilização de água", utilizado no sistema, compreende as seguintes etapas: a) condensar a água contida no ar através de um aparelho refrigerador, b) aumentar a eficiência de obtenção de água através de um gerador de umidade que se utiliza com água potável e/ou não potável, c) obter água através de água de rede, municipal, de poço ou água contida em recipientes domésticos ou industriais, por meio de um controle eletrônico de regulagem de volume regular a salda de água com o objeto de seu posterior tratamento. manter faixas de volume desde 2 l./hora a 50 i./hora, d) por meio de um concentrador de oxigênio elevar a concentração do mesmo contido no ar desde 21% a 90-95%, eliminando os contaminantes e a grande parte de nitrogênio evitando a formação de óxidos de nitrogênio não desejável, e) gerar um oxidante através da corrente rica de oxigênio canalizando a uma fonte de esterilização estabilizada onde com alta voltagem maior que 10.000 volts e alta frequência superior a 20.000 hertz obter um oxidante seletivo. f) a temperatura das águas obtidas por a) ou c) estará nas faixas compreendidas entre 5°c a 25°c, temperaturas estas ideais para aceitar as reações químicas posteriores, g) realizar um processo batch em um recipiente de esterilização primária onde através de um processo químico gerado entre o oxidante seletivo obtido em e) e/ou qualquer das águas obtidas segundo procedimento a) ou c) e adequadas às temperaturas indicadas em f), submetido o processo a uma faixa de pressão entre 10 e 100 g. e com um tempo de permanência ou reação química entre os contaminantes e o oxidante seletivo não menor que 2 horas, parâmetros estes que estão em função da qualidade do oxidante gerado. tudo isso regulado através de um controlador analítico que nos permite checar as variáveis operativas e determinar o fim do processo químico empregado. h) realizar um processo de adsorção com a água livre de contaminantes com o objeto de obter uma água incolor, inodora e insípida, condições estas básicas para que a água seja potável, o que se realiza através de um absorvente específico da ordem de 1.000 a 2.000 m²/g. nesta operação de separar a totalidade do oxidante remanescente é de se destacar que o oxidante seletivo w gerado é pouco soiúvel em água, o que ajuda nesta etapa. por ser um oxidante natural não deixa efeitos residuais na água. i) canalizar a água sem oxidante, sem odor, sem sabor e sem cor a um recipiente de água para consumo. j) dispor de um sistema balanceado de esterilização de todos os circuitos e recipientes onde permanentemente e até posteriormente a um corte de energia ou similar o sistema deverá permanecer inerte com o oxidante seletivo a fim de evitar qualquer contaminação bacteriana ou outra não desejável. k) dispor no recipiente de água para consumo de dosadores de minerais onde possam ser incorporados minerais, polivitamínicos, carboidratos com o objeto de obter água mineral equilibrada, água para esportistas, água para carências nutricionais. i) dispor de um dispositivo eletrônico que controla o processo físico-químico , completo de potabilização "in-situ" da água. o dispositivo eletrônico é o resultado de uma ordenada sequência de etapas geradas pelos sensores de controle de nível dos diversos recipientes. de acordo com tudo o precedente exposto e ilustrado, é fácil compreender as vantagens de ordem prática que oferece este "sistema e processo de potabilização de água, através do meio ambiente e/ou de água obtida de rede municipal ou coletiva, e/ou de água obtida de poço, e/ou de água obtida em recipientes domésticos e industriais", portanto, as reivindicações anexas cobrem o alcance da invenção.