BR112019027417A2

BR112019027417A2 - método para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, sistema de tratamento de água, e, reator de fluxo.

Info

Publication number: BR112019027417A2
Application number: BR112019027417-0A
Authority: BR
Inventors: Nicholas Charles Nelson; Marius Schmid
Original assignee: Omya International Ag
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-07-07
Also published as: IL271811A; CN110869325A; CA3065890A1; EP3652118A1; RU2768721C2; EP3428129A1; US20210147267A1; CN110869325B; KR102565572B1; RU2020106130A; ES2962889T3; EP3652118B1; KR20200028999A; IL271811B2; WO2019011921A1; RU2020106130A3; IL271811B1; JP2020526385A; US11434152B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para aumentar a concentração de íon magnésio na água de alimentação. O método compreende as etapas de prover um fluxo de entrada da água de alimentação QIN e passar o dito fluxo QIN através de um leito sólido compreendendo uma fonte de íon magnésio para obter um fluxo de saída da água tratada QOUT com uma concentração aumentada de íons magnésio. A invenção refere-se também a um sistema de tratamento de água para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação e um reator de fluxo correspondente.

Description

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MÉTODO PARA AUMENTAR A CONCENTRAÇÃO DE ÍON MAGNÉSIO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO, SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA, E, REATOR DE FLUXO

[001] A presente invenção refere-se a um método para aumentar a concentração de íon magnésio na água de alimentação. O método inventivo é adequado para uso em instalações domésticas, por exemplo, sistemas domésticos de abastecimento de água ou dispensadores de água. A invenção refere-se também a um sistema de tratamento de água para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação e um reator de fluxo correspondente.

[002] O magnésio é um dos minerais mais importantes para o corpo. O magnésio desempenha um papel essencial em quase todos os órgãos, em particular no coração, músculos e rins. É o quarto cátion mais abundante no corpo e o segundo mais abundante no fluido intracelular.

[003] Foi comprovado cientificamente que a deficiência de magnésio desencadeia ou causa os seguintes problemas de saúde: doenças cardíacas, diabetes, enxaqueca, ansiedade, hipertensão, depressão, fadiga, coágulos sanguíneos, doença hepática, doença renal, osteoporose, insônia, fadiga, cistite, problemas nervosos e hipoglicemia.

[004] Uma das fontes mais importantes de magnésio é a água potável, em que a água doce da superfície e as águas subterrâneas são fontes importantes de água potável.

[005] No entanto, a água potável natural tornou-se escassa e muitos reservatórios, mesmo em áreas com abundância de água, estão ameaçados por uma dramática deterioração da qualidade da água potável. Portanto, o tratamento de água do mar, salmoura, água salobra, águas residuais e efluentes contaminados está ganhando cada vez mais importância por razões ambientais e econômicas. Os processos de desmineralização ou deionização, pelos quais a água potável é produzida, por exemplo, a partir da água do mar

2 / 34 ou da água salobra, removem quase todos os íons dissolvidos, incluindo minerais essenciais, como o magnésio.

[006] Portanto, são necessários processos de remineralização para reintroduzir esses minerais essenciais, a fim de tornar a água desmineralizada ou deionizada adequada ao consumo humano. No entanto, dependendo da composição mineral da água potável natural, também pode ser necessário aumentar a concentração de minerais específicos, em particular magnésio, para garantir um suprimento mineral suficiente.

[007] As técnicas atuais para remineralização incluem contatores de calcita e sistemas de dosagem de cal, mas elas se preocupam apenas com a reposição de íons cálcio e alcalinidade: Por exemplo, o WO 2012/020056 A1 descreve um processo para o tratamento de água e o uso de carbonato de cálcio micronizado nesse processo. Especificamente, o dito processo compreende as etapas de prover água de alimentação e injetar de dióxido de carbono gasoso e uma pasta que compreende carbonato de cálcio micronizado na dita água de alimentação. WO 2013/030185 é direcionado a um processo para remineralização da água, compreendendo as etapas de prover água de alimentação, prover uma solução aquosa de carbonato de cálcio, em que a solução aquosa de carbonato de cálcio compreende carbonato de cálcio dissolvido e suas espécies de reação, e combinar a água de alimentação e a solução aquosa de carbonato de cálcio.

[008] Outros pedidos de patente direcionados a processos e sistemas de remineralização de água incluem WO 2013/014026 A1, WO 2013/113805 A1, WO 2013/113807 A1, WO 2013/113614 A1, WO 2014/187666 A1 e WO 2014/187613 A1. Além disso, o requerente gostaria de mencionar os pedidos de patente europeia não publicados nº 16 154 567.8 e nº 16 154 570.2.

[009] Atualmente, existem apenas alguns processos relacionados à reposição de magnésio. No entanto, o uso de sais de magnésio altamente solúveis envolve altos custos e a reintrodução de ânions indesejados, como

3 / 34 cloreto ou sulfato.

[0010] Por conseguinte, existe uma necessidade geral de métodos aprimorados e econômicos para reposição de magnésio.

[0011] A este respeito, o documento WO 2009/135113 A1 refere-se a um sistema de tratamento de água compreendendo um filtro de osmose reversa, um coletor para fornecer água a ser tratada no dito filtro de osmose reversa, um cartucho substituível contendo um composto de magnésio sólido ou granular, um tanque de armazenamento para acumular pelo menos água parcialmente tratada, um dispensador para dispensar água tratada do dito sistema de tratamento e um segundo filtro que está em comunicação fluídica com o dito tanque de armazenamento e tendo uma saída em comunicação fluídica com o dito dispensador.

[0012] WO 2013/034396 A1 descreve um processo para purificação de água, em que o dito processo compreende um estágio de purificação e um estágio de remineralização. O último pode ser realizado passando a água de osmose reversa através de um cartucho compreendendo carbonato de cálcio e carbonato de magnésio em uma razão de 95:5 a 60:40.

[0013] US 2014/0014582 A1 descreve um processo que utiliza minerais de magnésio, por exemplo, óxido de magnésio, em combinação com dióxido de carbono. No entanto, o processo requer fluxos divididos Q1 e Q2 e a dosagem direta dos reagentes (mineral e dióxido de carbono) que, por sua vez, requer uma etapa de filtração.

[0014] Em vista do exposto, ainda é necessário a provisão de métodos e sistemas de tratamento correspondentes para aumentar a concentração de íon magnésio.

[0015] A este respeito, um objetivo da presente invenção pode ser visto na provisão de um método para aumentar a concentração de íon magnésio que evita o uso de sais de magnésio altamente solúveis em água, evitando assim a introdução de ânions indesejados, como cloreto ou sulfato. A

4 / 34 este respeito, também pode ser desejável produzir água potável com uma turbidez aceitável, preferencialmente ≤ 1,0 NTU.

[0016] Outro objeto da presente invenção pode ser visto na provisão de um método para aumentar a concentração de íon magnésio, em que o método permite uma dissolução mais rápida da fonte de íon magnésio em comparação com os métodos convencionais. Ainda outro objeto pode ser visto na provisão de um método que permite tempos de contato mais curtos entre a fonte de íon magnésio e a água de alimentação a ser remineralizada. Por sua vez, outro objetivo da presente invenção pode ser visto na redução de tamanho da instalação ou na redução das dimensões da planta. A este respeito, um outro objeto pode ser visto na provisão de um sistema de tratamento de água menos complexo. Um objetivo específico pode ser visto em evitar a introdução ou injeção de dióxido de carbono.

[0017] Ainda outro objeto pode ser visto na provisão de um método para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, em que o método permite um ajuste mais preciso da concentração final de magnésio.

[0018] Outro objeto da presente invenção pode ser visto na provisão de um método de tratamento de água e um sistema de tratamento de água correspondente que pode ser usado em sistemas domésticos de abastecimento de água ou dispensadores de água.

[0019] Finalmente, ainda outro objeto da presente invenção pode ser visto na provisão de um método e sistema correspondente para aumentar a concentração de íon magnésio que pode ser usada com qualquer tipo de água de alimentação, incluindo água potável com baixa concentração de magnésio, água desmineralizada ou deionizada (por exemplo, água da osmose reversa) ou água parcialmente remineralizada.

[0020] Os problemas anteriores e outros podem ser resolvidos pelo objeto conforme definido aqui nas reivindicações independentes.

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[0021] Um primeiro aspecto da presente invenção refere-se a um método para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, o método compreendendo as seguintes etapas: prover um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; passar o dito fluxo QIN através de um leito sólido para obter um fluxo de saída da água tratada QOUT; distinguido pelo fato de que o sólido na etapa (b) compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

[0022] Os inventores do presente pedido verificaram surpreendentemente que a passagem de um fluxo de entrada da água de alimentação com um baixo teor de magnésio através de um leito fixo compreendendo partículas sólidas de hidromagnesita leva a uma reposição rápida e eficaz de magnésio. O processo inventivo oferece grande flexibilidade, pois pode ser usado para mineralizar água deionizada ou desmineralizada e água mineralizada sem magnésio (suficiente). Além disso, o método inventivo permite uma dosagem precisa e confiável de magnésio, evitando a introdução de ânions indesejados, como cloreto ou sulfato. A água tratada obtida pelo método da invenção é bem adequada como água potável, por exemplo em termos de alcalinidade, turbidez e especialmente composição mineral.

[0023] Outro aspecto da presente invenção refere-se a um sistema de tratamento de água correspondente para a realização do processo inventivo. O dito sistema compreende: (i) uma linha, a linha sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita linha para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT;

6 / 34 distinguido pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

[0024] Por conseguinte, ainda outro aspecto refere-se a um reator de fluxo, como um cartucho de fluxo, que pode ser usado no sistema de tratamento de água que compreende: (i) uma entrada, a entrada sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita entrada e para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT; e (iii) uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída de água tratada QOUT; distinguido pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

[0025] Os seguintes termos utilizados em todo o presente pedido devem ter os significados estabelecidos a seguir: A “água de alimentação” no significado da presente invenção pode ser qualquer tipo de água que é essencialmente livre de impurezas, preferencialmente livre de impurezas, e contém nenhuma ou apenas baixas concentrações de íons magnésio. Mais preferencialmente, a água de alimentação é essencialmente livre de ou livre de patógenos e partículas de sujeira. Exemplos não limitativos incluem água da torneira ou água deionizada. Em uma modalidade, a água de alimentação tem uma concentração de íons magnésio dissolvidos de 10 mg/l ou menos, preferencialmente 5 mg/l ou menos, e mais preferencialmente 2 mg/l ou menos.

[0026] O termo “leito sólido” (às vezes chamado de “leito

7 / 34 empacotado” ou “leito fixo”) usado aqui é bem conhecido pelo especialista na área de tratamento de água. Tipicamente, esse leito sólido é composto por um material particulado, isto é, pluralidade de partículas sólidas, as ditas partículas representando uma primeira fase no estado físico sólido e sendo arranjadas de modo a permitir a passagem de um fluxo de reagente, representando uma segunda fase em estado físico líquido ou gasoso, entrando em contato com as partículas do leito sólido e o fluxo de reagente.

[0027] O termo “sólido” de acordo com a presente invenção refere-se a um material que é solido à temperatura e pressão ambiente padrão (SATP) que se refere a uma temperatura de 298,15 K (25°C) e uma pressão absoluta de exatamente 100 kPa. O sólido pode estar na forma de pó, comprimido, grânulos, flocos etc. Assim, o termo “meio líquido” refere-se a um material que é líquido sob temperatura e pressão ambiente padrão (SATP), que se refere a uma temperatura de 298,15 K (25°C) e uma pressão absoluta de exatamente 100 kPa.

[0028] O termo “particulado” no significado do presente pedido refere-se a materiais compostos por uma pluralidade de “partículas”. Em geral, essa pluralidade de partículas pode ser definida, por exemplo, por sua distribuição de tamanho de partícula.

[0029] O “tamanho de partícula” de um material particulado, como as partículas que formam o leito sólido da presente invenção, é descrito aqui por sua distribuição ponderada de tamanhos de partícula, geralmente referidos como dx (peso). O “tamanho de partícula médio ponderado” significa que 50% em peso de todas as partículas são menores que esse tamanho de partícula. O tamanho de partícula médio ponderado também pode ser referido como d50 (peso).

[0030] Uma “fonte de íon magnésio” no significado do presente pedido pode ser qualquer material que, em contato com a água, seja capaz de liberar íons magnésio. Exemplos não limitativos de fontes de íon magnésio

8 / 34 adequados incluem minerais de magnésio e sais de magnésio.

[0031] O “limite de solubilidade” de um soluto específico é a concentração em massa do dito soluto estando no estado dissolvido dentro de uma solução ou sistema saturado de um determinado solvente (por exemplo, água) e sob determinadas condições, preferencialmente a 20°C e 100 kPa. Onde é feita referência ao limite de solubilidade na água, a água deionizada pode ser preferida.

[0032] A alcalinidade total (CaCO3) como aqui referida (algumas vezes referida como TAC) é uma medida da capacidade de uma solução aquosa de neutralizar ácidos até o ponto de equivalência de carbonato ou bicarbonato. A alcalinidade é igual à soma estequiométrica das bases em solução e é especificada em mg/l (como CaCO3). A alcalinidade pode ser medida por titulação com um titulador.

[0033] O “Índice de Saturação de Langelier” (LSI), conforme usado aqui, descreve a tendência de um líquido aquoso ser formador de incrustações ou corrosivo, com um LSI positivo indicando tendências de formação de incrustações e um LSI negativo indicando um caráter corrosivo. Um Índice de Saturação de Langelier equilibrado, isto é, LSI = 0, significa que o líquido aquoso está em equilíbrio químico. O LSI é calculado da seguinte forma: LSI = pH – pHS em que pH é o valor real de pH de um sistema aquoso e pHS é o valor de pH do sistema aquoso na saturação de CaCO3. O pHS pode ser estimado da seguinte forma: pHS = (9,3 + A + B) – (C + D) em que A é o indicador de valor numérico dos sólidos dissolvidos totais (TDS) presente no líquido aquoso, B é o indicador de valor numérico da temperatura do líquido aquoso em K, C é o indicador de valor numérico da concentração de cálcio do líquido aquoso em mg/l de CaCO3 e D é o indicador de valor numérico da alcalinidade do líquido aquoso em mg/l de

9 / 34 CaCO3. Os parâmetros A a D são determinados usando as seguintes equações: A = (log10(TDS) – 1)/10 B = –13,12 × log10 (T + 273) + 34,55 C = log10 [Ca2+] – 0,4 D = log10 (TAC) em que TDS é o total de sólidos dissolvidos em mg/l, T é a temperatura em °C, [Ca2+] é a concentração de cálcio do líquido aquoso em mg/l de CaCO3 e TAC é a alcalinidade total do líquido aquoso em mg/l de CaCO3.

[0034] Onde um artigo indefinido ou definido é usado quando se refere a um substantivo singular, por exemplo, “um/uma” ou “o/a”, isto inclui um plural desse substantivo, a menos que algo diferente seja especificamente indicado.

[0035] Quando o termo “compreendendo” é usado na presente descrição e reivindicações, ele não exclui outros elementos. Para os propósitos da presente invenção, o termo “consistindo em” é considerado uma modalidade preferida do termo “compreendendo”. Se, a seguir, um grupo é definido compreendendo pelo menos um certo número de modalidades, isto também deve ser entendido como divulgando um grupo que de preferência consiste apenas nestas modalidades.

[0036] Os termos como “obtenível” ou “definível” e “obtido” ou “definido” são usados de forma intercambiável. Isto, por exemplo, significa que, a menos que o contexto declare claramente o contrário, o termo “obtido” não significa indicar que, por exemplo, uma modalidade deve ser obtida por, por exemplo, a sequência de etapas seguintes ao termo “obtido”, embora tal compreensão limitada seja sempre incluída pelos termos “obtidos” ou “definidos” como uma modalidade preferida.

[0037] Sempre que os termos “incluindo” ou “tendo” forem usados, esses termos devem ser equivalentes a “compreendendo” conforme definido acima.

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[0038] Modalidades vantajosas do uso inventivo do veículo sólido particulado são definidas nas reivindicações dependentes correspondentes.

[0039] Em uma modalidade do método inventivo, a água de alimentação tem uma concentração de íons magnésio dissolvidos de 10 mg/l ou menos, preferencialmente 5 mg/l ou menos, e mais preferencialmente 2 mg/l ou menos.

[0040] Em outra modalidade do método da invenção, a água de alimentação tem uma alcalinidade total (CaCO3) de 5 a 200 mg/l, preferencialmente de 10 a 150 mg/l, e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l.

[0041] Ainda em outra modalidade, a água de alimentação tem um Índice de Saturação de Langelier (LSI) de 2,0 a 1,0, preferencialmente de 1,0 a 0,7, e mais preferencialmente de 0,5 a 0,5.

[0042] Em ainda outra modalidade, o método da invenção compreende adicionalmente uma etapa de ajustar o pH da água de alimentação para uma faixa de 5,0 a 8,5, preferencialmente de 5,5 a 8,0, e mais preferencialmente de 6,0 a 7,5, em que o dito pH é preferencialmente ajustado por injetar uma quantidade adequada de dióxido de carbono no fluxo de entrada QIN.

[0043] Ainda em outra modalidade, o método da invenção compreende adicionalmente uma etapa de ajustar a temperatura da água de alimentação para uma faixa de 5 a 35°C, preferencialmente de 10 a 30°C, e mais preferencialmente de 15 a 25°C.

[0044] Em outra modalidade do método da invenção, a fonte de íon magnésio é a hidromagnesita sintética, preferencialmente a hidromagnesita precipitada.

[0045] Em ainda outra modalidade do método da invenção, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a

11 / 34 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm.

[0046] Em ainda outra modalidade do método inventivo, o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é: (i) pelo menos 0,05 min, preferencialmente pelo menos 0,1 min, mais preferencialmente pelo menos 0,2 min e mais preferencialmente pelo menos 0,25 min; e/ou (ii) menos de 10 minutos, preferencialmente menos de 5 minutos, mais preferencialmente menos de 2 minutos e mais preferencialmente menos de 1 minuto.

[0047] Em ainda outra modalidade do método inventivo, o leito sólido na etapa (b) é provido por uma cavidade de um reator de fluxo, o dito reator de fluxo tendo uma entrada sendo configurada para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN e uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente o dito reator de fluxo é um cartucho de fluxo.

[0048] Em uma modalidade preferida do método inventivo, a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,5 a 1,5 mm e o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é de pelo menos 0,05 min e menos de 1 min.

[0049] Em outra modalidade, o método inventivo compreende adicionar uma etapa de ajustar o pH do fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente para uma faixa de 4,5 a 9,5, preferencialmente de 6,5 a 8,5 e mais preferencialmente de 6,8 a 7,5.

[0050] Em uma modalidade do método inventivo de tratamento de água, a fonte de íon magnésio é a hidromagnesita sintética, preferencialmente a hidromagnesita precipitada.

[0051] Em outra modalidade do sistema de tratamento de água

12 / 34 inventivo, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm.

[0052] Em ainda outra modalidade do sistema inventivo de tratamento de água, o leito sólido é provido por uma cavidade de um reator de fluxo, o dito reator de fluxo tendo uma entrada sendo configurada para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN e uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente o dito reator de fluxo é um cartucho de fluxo.

[0053] Em uma modalidade do reator de fluxo inventivo, a fonte de íon magnésio é a hidromagnesita sintética, preferencialmente a hidromagnesita precipitada.

[0054] Em outra modalidade do reator de fluxo inventivo, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm.

[0055] Ainda em outra modalidade do reator de fluxo inventivo, o leito sólido é provido por uma cavidade do dito reator de fluxo.

[0056] Ainda em outra modalidade do reator de fluxo inventivo, o reator de fluxo é um cartucho de fluxo.

[0057] A seguir, serão divulgados detalhes e modalidades preferidas do método inventivo. Deve ser entendido que esses detalhes e modalidades também se aplicam ao sistema inventivo de tratamento de água, bem como ao reator de fluxo inventivo e, quando apropriado, vice-versa. (A) Provisão de água de alimentação

[0058] Na etapa (a) do método de acordo com a presente invenção, é provido um fluxo de entrada de água de alimentação QIN.

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[0059] Em geral, a água de alimentação pode ser qualquer tipo de água que é essencialmente livre de impurezas, preferencialmente livre de impurezas, e contém nenhuma ou apenas baixas concentrações de íons magnésio. Mais preferencialmente, a água de alimentação é essencialmente livre de ou livre de patógenos e partículas de sujeira.

[0060] Em uma modalidade, a água de alimentação tem uma concentração de íons magnésio dissolvidos de 10 mg/l ou menos, preferencialmente 5 mg/l ou menos, e mais preferencialmente 2 mg/l ou menos.

[0061] Em uma modalidade exemplar, a água de alimentação é água essencialmente livre de, preferencialmente livre de, patógenos e partículas de sujeira e com uma concentração de íons magnésio dissolvidos de 10 mg/l ou menos, preferencialmente 5 mg/l ou menos e mais preferencialmente 2 mg/l ou menos.

[0062] Como o método inventivo não está limitado à água de uma fonte específica, ele pode ser usado para tratar água potável com baixa concentração de magnésio, água desmineralizada ou deionizada (por exemplo, água da osmose reversa) ou água parcialmente remineralizada.

[0063] A condutividade pode ser usada como um indicador para a mineralização da água: quanto mais pura a água, menor a condutividade. A condutividade pode ser medida com um medidor de condutividade e é especificada em µS/m.

[0064] Em uma modalidade, a água de alimentação é água desmineralizada ou deionizada, preferencialmente, água de osmose reversa (água RO).

[0065] No entanto, o método da presente invenção também pode ser aplicado a outros tipos de água que contêm nenhum ou pouco magnésio. Especialmente, o método pode ser usado para repor magnésio na água potável, que inclui água potável de fontes naturais (por exemplo, água doce

14 / 34 superficial ou água subterrânea), bem como água potável obtida por remineralização da água purificada, como água desmineralizada ou deionizada.

[0066] A maioria dos métodos de remineralização está relacionada à reposição de cálcio em água desmineralizada ou deionizada, enquanto a técnica anterior existente está menos relacionada com a reposição de magnésio, sem falar na reposição de magnésio em água que já é adequada para uso como água potável.

[0067] Os inventores do presente pedido verificaram, surpreendentemente, que o método inventivo permite a reposição de magnésio em água (pré)mineralizada, embora esse tipo de água possa ser considerado como um sistema estabilizado, por exemplo, em termos de alcalinidade total, e embora as fontes de magnésio pouco solúveis sejam usadas para evitar a introdução de ânions indesejados, como cloreto ou sulfato.

[0068] Portanto, em uma modalidade da presente invenção, a água de alimentação é obtida por remineralização da água desmineralizada ou deionizada com cálcio.

[0069] Em outra modalidade, a água de alimentação pode assim ter uma alcalinidade total uma alcalinidade total (CaCO3) de 5 a 200 mg/l, preferencialmente de 10 a 150 mg/l, e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l.

[0070] Caso o método inventivo seja usado para tratar sistemas aquosos estabilizados, a água de alimentação pode ter um Índice de Saturação de Langelier (LSI) de 2,0 a 1,0, preferencialmente de 1,0 a 0,7, e mais preferencialmente de 0,5 a 0,5.

[0071] Verificou-se também que o método inventivo é aplicável a qualquer tipo de água de alimentação independentemente de a dita alimentação conter alguma concentração específica de dióxido de carbono ou qualquer dióxido de carbono. A quantidade ou concentração de dióxido de

15 / 34 carbono referida neste contexto é entendida como a concentração de dióxido de carbono determinada por titulação com hidróxido de sódio usando um eletrodo de pH DGi111SC (Mettler-Toledo). O especialista apreciará que este método de titulação é adequado para determinar a concentração de dióxido de carbono dissolvido fisicamente.

[0072] Portanto, em uma modalidade, a água de alimentação provida na etapa (a) do método inventivo pode ter uma concentração de dióxido de carbono inferior a 50 mg/l, preferencialmente inferior a 20 mg/l, ainda mais preferencialmente inferior a 10 mg/1, preferencialmente inferior a 5 mg/l, e mais preferencialmente em uma faixa de 0,1 a 2 mg/l. (B) Reação em leito sólido e água tratada

[0073] Na etapa (b) do método inventivo, o fluxo de água de alimentação QIN é passado através de um leito sólido para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT.

[0074] O leito sólido utilizado no método de acordo com a presente invenção contém partículas sólidas de hidromagnesita que atuam como fonte de íon magnésio. Ao passar através do dito leito sólido, que representa uma primeira fase em estado físico sólido, o fluxo de entrada QIN, que representa uma segunda fase em estado físico líquido, interage com as partículas de hidromagnesita em que os íons magnésio são liberados e dissolvidos na água de alimentação para formar uma corrente de saída QOUT de água tratada com uma concentração aumentada de íon magnésio.

[0075] A fonte de íon magnésio da presente invenção é a hidromagnesita, que inclui hidromagnesita natural e sintética. O termo “hidromagnesita sintética”, conforme aqui utilizado, refere-se a ambos, hidromagnesita obtida por conversão de minerais naturais, bem como hidromagnesita obtida por processos químicos de precipitação, em que o último pode ser uma modalidade preferida.

[0076] Ao contrário dos sais de magnésio altamente solúveis em água,

16 / 34 como cloreto de magnésio ou sulfato de magnésio, os materiais sólidos com um limite de solubilidade em água de 10 g/l ou menos, como hidromagnesita, são particularmente adequados para os fins da presente invenção. Foi demonstrado que a hidromagnesita mostra uma dissolução uniforme e controlada nas condições do método inventivo, permitindo assim uma dosagem uniforme e controlada de Mg2+ no fluxo da água de alimentação QIN.

[0077] Em uma modalidade, a hidromagnesita natural ou sintética tem um limite de solubilidade em água de 5 g/l ou menos, preferencialmente 2 g/l ou menos, mais preferencialmente 1 g/l ou menos, ainda mais preferencialmente 0,5 g/l ou menos, e mais preferencialmente 0,2 g/l ou menos, cada um medido a 20°C e 100 kPa.

[0078] Em uma modalidade particular da presente invenção, a fonte de íon magnésio é a hidromagnesita sintética, em que a dita hidromagnesita sintética possui preferencialmente um limite de solubilidade em água de 5 g/l ou menos, preferencialmente 2 g/l ou menos, mais preferencialmente 1 g/l ou menos, ainda mais preferencialmente 0,5 g/l ou menos, e mais preferencialmente 0,2 g/l ou menos, cada um medido a 20°C e 100 kPa.

[0079] A preparação de hidromagnesita sintética é descrita, por exemplo, em WO 2011/054831 A1 atribuído ao presente requerente, aqui incorporado por referência.

[0080] A dita hidromagnesita sintética ou precipitada pode ser preparada em um ambiente aquoso por um processo que compreende as etapas de: prover pelo menos uma fonte de óxido de magnésio; prover ânions gasosos compreendendo dióxido de carbono e/ou carbonato; extinguir a dita fonte de óxido de magnésio da etapa (a) para converter o óxido de magnésio pelo menos parcialmente em hidróxido de magnésio;

17 / 34 colocar em contato o hidróxido de magnésio obtido da etapa (c) e os ditos ânions gasosos compreendendo dióxido de carbono e/ou carbonato da etapa (b) para converter o hidróxido de magnésio pelo menos parcialmente em nesquehonita precipitada; e tratar a nesquehonita precipitada obtida da etapa (d) em uma etapa de envelhecimento térmico.

[0081] O exemplo ilustrativo a seguir envolve a preparação de hidromagnesita por calcinação e extinção de dolomita branca: As pedras de dolomita branca são trituradas para produzir um tamanho de grão de 10 a 50 mm e calcinadas em um forno rotativo a 1 050°C por 60 min. A dolomita queimada resultante (CaO·MgO) é moída em um moinho de esferas para obter um pó com um tamanho médio de partícula de cerca de 40 µm (método de difração a laser CILAS). Subsequentemente, 200 kg da dita dolomita queimada são extintos adicionando 1 000 litros de água da torneira a 50°C em um reator agitado. A dolomita queimada é extinta por 30 min sob agitação contínua e a suspensão resultante é ajustada para cerca de 8% em peso de teor de sólidos por diluição com água. A carbonatação é realizada em um reator de aço inoxidável cilíndrico defletido de 1 800 l equipado com um agitador de gás, um tubo de carbonatação de aço inoxidável para direcionar uma corrente gasosa de dióxido de carbono/ar para o impulsor e sondas para monitorar o pH e a condutividade da suspensão. 1 800 l da suspensão obtida na etapa de extinção são ajustados para uma temperatura de 12°C e adicionados ao reator de carbonatação. Uma mistura gasosa de 26% em volume de dióxido de carbono em ar é então borbulhada para cima através da pasta a uma vazão de 200 m³/h sob uma agitação da pasta de 240 rpm. Durante a carbonatação, a temperatura da mistura de reação é permitida aumentar devido ao calor gerado na reação exotérmica. Após 85 minutos, a introdução de gás é interrompida. A suspensão é então transferida para um vaso pressurizado e aquecida a cerca de 130°C por 30 min. A hidromagnesita sintética obtida é

18 / 34 recuperada como uma pasta aquosa.

[0082] Os inventores verificaram que o tamanho de partícula das partículas sólidas pode ser usado para controlar a taxa de reação entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b) do presente método.

[0083] Por um lado, qualquer método de cominuição conhecido na técnica pode ser usado para diminuir o tamanho de partícula das referidas partículas sólidas, por exemplo, por trituração. Opcionalmente, as partículas sólidas podem ser processadas através de um tratamento adicional, como peneiração e/ou fracionamento, por exemplo, por um ciclone ou classificador antes de serem utilizadas no leito sólido da presente invenção. Por outro lado, se for desejado aumentar o tamanho das partículas (por exemplo, no caso de um pó fino), qualquer técnica de granulação conhecida pode ser usada para aumentar os tamanhos das partículas.

[0084] Para garantir a reposição rápida e controlada de magnésio, as partículas usadas no leito sólido, em uma modalidade da invenção, têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm ou 0,3 a 1,2 mm. Em uma modalidade particularmente preferida, as partículas sólidas têm um tamanho de partícula médio ponderado de cerca de 0,5 mm.

[0085] O especialista reconhecerá que a taxa de reação acima mencionada entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b) pode influenciar a concentração final de magnésio no fluxo de água tratada QOUT. Outro parâmetro para controlar a dita concentração final de magnésio é o tempo de contato entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b), isto é, o tempo de contato de QIN no leito sólido. Embora os tempos de contato curtos possam ser preferidos por razões econômicas e práticas, tempos de contato mais longos podem ser vantajosos para garantir um certo nível de íons magnésio na

19 / 34 água tratada.

[0086] Portanto, em uma modalidade, o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é: (i) pelo menos 0,05 min, preferencialmente pelo menos 0,1 min, mais preferencialmente pelo menos 0,2 min e mais preferencialmente pelo menos 0,25 min; e/ou (ii) menos de 10 minutos, preferencialmente menos de 5 minutos, mais preferencialmente menos de 2 minutos e mais preferencialmente menos de 1 minuto.

[0087] Em uma modalidade preferida particular da presente invenção, o tempo de contato é de pelo menos 0,05 min e menos de 2 min, ainda mais preferencialmente em uma faixa de 0,1 min a 1 min.

[0088] O tempo de contato entre o fluxo QIN e o leito sólido pode ser controlado, por exemplo, aumentando ou diminuindo a vazão ou adaptando as dimensões (por exemplo, o comprimento) do leito sólido.

[0089] Em uma modalidade exemplar da presente invenção, a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,5 a 1,5 mm e o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é de pelo menos 0,05 min e menos de 2 min, preferencialmente na faixa de 0,1 min a 1 min.

[0090] Independentemente do tipo de água de alimentação utilizada no processo inventivo, a água tratada liberada do leito sólido como fluxo de saída QOUT é uma água com uma concentração aumentada de íon magnésio. Normalmente, a água tratada é suficientemente mineralizada para ser usada como água potável.

[0091] Em uma modalidade, a água tratada do fluxo de saída QOUT tem uma concentração de íons magnésio dissolvidos superior a 2 mg/l, preferencialmente superior a 5 mg/l e mais preferencialmente superior a 10

20 / 34 mg/l. Em uma modalidade preferida, a concentração de magnésio é de pelo menos 15 mg/l, por exemplo 15 a 150 mg/l.

[0092] A água tratada pode ter uma alcalinidade total (CaCO3) de 1 a 500 mg/l, preferencialmente de 5 a 200 mg/l, mais preferencialmente de 10 a 150 mg/l e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l.

[0093] Os inventores também verificaram, surpreendentemente, que o método permite a provisão de água (potável) com baixa turbidez. O termo “turbidez” no significado da presente invenção descreve a nebulosidade ou turvação de um fluido causado por partículas individuais (sólidos em suspensão) que geralmente são invisíveis a olho nu. A medição da turbidez é um teste essencial da qualidade da água e pode ser realizada com um nefelômetro. As unidades de turbidez de um nefelômetro calibrado como usado na presente invenção são especificadas como Unidades de Turbidez Nefelométrica (NTU). Em uma modalidade da presente invenção, a água tratada do fluxo de saída QOUT tem uma turbidez inferior a 5,0 NTU, preferencialmente inferior a 2,0 NTU, mais preferencialmente inferior a 1,0 NTU e mais preferencialmente entre 0,05 e 0,5 NTU.

[0094] Em algumas modalidades, a água tratada da presente invenção também é distinguida por uma condutividade específica que é indicativa da concentração total de íons. Por exemplo, a condutividade pode estar na faixa de 50 a 1 000 µS/cm, preferencialmente de 80 a 500 µS/cm, e mais preferencialmente de 150 a 450 µS/cm. (C) Etapas opcionais do método

[0095] Basicamente, a água tratada de QOUT obtida como na etapa do método (b) está pronta para uso, por exemplo, como água potável.

[0096] No entanto, é possível combinar o método inventivo com outras etapas de tratamento opcionais, dependendo do uso pretendido e dos requisitos específicos.

[0097] Embora a filtração não seja um requisito essencial, a água

21 / 34 tratada de QOUT pode ser enviada para uma unidade de filtração para remover quaisquer sólidos residuais ou outras impurezas indesejadas. Portanto, em uma modalidade, o método da presente invenção compreende adicionalmente uma etapa de submeter o fluxo de saída de água tratada QOUT a uma etapa de filtração.

[0098] Da mesma forma, o pH da água tratada no fluxo de saída QOUT pode ser ajustado dependendo das necessidades específicas. Portanto, em uma modalidade, o método da presente invenção compreende adicionalmente uma etapa de ajuste do pH da água tratada obtida na etapa (b). Em uma modalidade preferida, o método compreende adicionalmente uma etapa de ajuste do pH da água tratada obtida na etapa (b) para uma faixa de 6,5 a 9,5, preferencialmente de 7,0 a 9,0 e mais preferencialmente de 7,5 a 8,5.

[0099] Para controlar ou modificar (por exemplo, aumentar) a taxa de reação entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b), a invenção pode adicionalmente compreender como etapa de aumento da concentração de dióxido de carbono na água de alimentação do fluxo de entrada QIN antes de passar o referido o dito fluxo QIN através do leito sólido na etapa (b).

[00100] A “concentração de dióxido de carbono” mencionada no presente pedido deve se referir à concentração de dióxido de carbono determinada por titulação com hidróxido de sódio usando um eletrodo de pH DGi111-SC (Mettler-Toledo).

[00101] O aumento da concentração de dióxido de carbono não deve ser entendido como implicando que a água de alimentação do fluxo de entrada QIN contém uma concentração específica de dióxido de carbono. De fato, a água de alimentação pode estar livre de dióxido de carbono, por exemplo, pode ter uma concentração de dióxido de carbono na faixa de 0 a menos de 5 mg/l.

[00102] Em geral, qualquer método concebível pode ser usado para aumentar a concentração de dióxido de carbono no fluxo de entrada da água

22 / 34 de alimentação QIN. Os métodos adequados incluem, sem se limitar à, injeção de dióxido de carbono gasoso no fluxo de entrada de água de alimentação QIN ou colocar em contato o fluxo de entrada da água de alimentação QIN com um trocador de cátion ácido.

[00103] Por conseguinte, em uma modalidade, a concentração de dióxido de carbono é aumentada antes da etapa (b) injetando dióxido de carbono gasoso no fluxo de entrada QIN ou colocando em contato o fluxo de entrada da água de alimentação QIN com um trocador de cátion ácido.

[00104] Enquanto a injeção de dióxido de carbono gasoso é adequada para aumentar a concentração de dióxido de carbono de qualquer tipo de água de alimentação, o uso de um trocador de cátion ácido funciona melhor com a água de alimentação que mostra um certo grau de alcalinidade: M+ HCO3- → H+ HCO3 ↔ H2O + CO2

[00105] Como pode ser obtido a partir da equação anterior, a troca de prótons (H+), ligados aos grupos funcionais do trocador de cátions, com os cátions (M+) na água que têm maior afinidade com a resina (por exemplo, íons cálcio), causa uma diminuição no pH da água e resulta em um aumento na quantidade de ácido carbônico, devido à presença de alcalinidade na água.

[00106] Assim, em uma modalidade preferida, a concentração de dióxido de carbono pode ser aumentada antes da etapa (b) colocando em contato o fluxo de entrada da água de alimentação QIN com um trocador de cátion fracamente ácido, em que a água de alimentação tem uma tem uma alcalinidade total (CaCO3) de 5 a 200 mg/l, preferencialmente de 10 a 150 mg/l, e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l.

[00107] Tipicamente, os trocadores de cátions fracamente ácidos apresentam grupos carboxílicos como unidades funcionais. Tipicamente, os trocadores de cátions fortemente ácidos apresentam grupos de ácido sulfônico. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o trocador de cátion ácido é um trocador de cátion fracamente ácido. Tais trocadores

23 / 34 iônicos são bem conhecidos do especialista.

[00108] Em uma modalidade particularmente preferida, a concentração de dióxido de carbono pode ser aumentada antes da etapa (b) injetando dióxido de carbono gasoso no fluxo de entrada QIN. Esta variante é bem adequada para aumentar a concentração de dióxido de carbono de qualquer tipo concebível de água de alimentação, incluindo água não tratada (por exemplo, água doce superficial ou água subterrânea), água desmineralizada ou deionizada ou água remineralizada. Métodos e dispositivos para injetar dióxido de carbono são geralmente conhecidos pelo especialista.

[00109] O dióxido de carbono gasoso pode ser obtido de um tanque de armazenamento (por exemplo, um cilindro de gás), no qual é mantido na fase líquida. Dependendo da taxa de consumo de dióxido de carbono e do ambiente, tanques criogênicos ou isolados convencionalmente podem ser usados. A conversão do dióxido de carbono líquido no dióxido de carbono gasoso pode ser feita usando um vaporizador aquecido a ar ou um sistema de vaporização elétrico ou a vapor. Se necessário, a pressão do dióxido de carbono gasoso pode ser reduzida antes da etapa de injeção, por exemplo, usando uma válvula redutora de pressão. Também pode ser usada mistura de ar comprimido/dióxido de carbono.

[00110] Como a presente invenção é particularmente útil em instalações domésticas, o dióxido de carbono gasoso é preferencialmente provido por um tanque de pressão, como um recipiente, que contém dióxido de carbono gasoso comprimido.

[00111] O dióxido de carbono gasoso pode ser injetado no fluxo de entrada da água de alimentação QIN a uma taxa controlada, formando uma dispersão de bolhas de dióxido de carbono na corrente e permitindo que as bolhas se dissolvam nela. Por exemplo, a dissolução do dióxido de carbono na água de alimentação pode ser facilitada injetando o mesmo em uma região turbulenta do fluxo de entrada QIN, em que a turbulência pode ser criada por

24 / 34 um estrangulamento na tubulação. Por exemplo, o dióxido de carbono pode ser introduzido na garganta de um bico Venturi instalado na tubulação. O estreitamento da área da seção transversal da tubulação na garganta do bico Venturi cria um fluxo turbulento de energia suficiente para quebrar o dióxido de carbono em bolhas relativamente pequenas, facilitando a dissolução.

[00112] Em uma modalidade, o dióxido de carbono é injetado sob pressão no fluxo de entrada da água de alimentação QIN. De acordo com outra modalidade da presente invenção, a dissolução do dióxido de carbono na água de alimentação é facilitada por um misturador estático ou um aspersor, como um aspersor de metal poroso.

[00113] Uma válvula de controle de fluxo ou outros meios podem ser utilizados para controlar a taxa de injeção de dióxido de carbono no fluxo de entrada QIN. Por exemplo, um bloco de dosagem de dióxido de carbono e um dispositivo de medição em linha de dióxido de carbono podem ser usados para controlar a vazão de dióxido de carbono. A vazão de dióxido de carbono pode assim ser usada para controlar a concentração final de dióxido de carbono do fluxo contendo dióxido de carbono QCO2 ou outros parâmetros, como pH.

[00114] O teor de dióxido de carbono no fluxo QIN pode ser ajustado para uma concentração específica, a fim de garantir a reposição rápida e eficaz de magnésio na etapa subsequente do método (b). No caso de injeção de dióxido de carbono gasoso, o especialista apreciará que a concentração de dióxido de carbono pode ser ajustada regulando a pressão e o fluxo de dióxido de carbono, como descrito acima. Se for usado um trocador de cátion ácido, o nível de dióxido de carbono pode ser regulado, por exemplo, pelo tempo de contato entre o fluxo de entrada da água de alimentação QIN e o dispositivo de troca iônica, que pode depender, por exemplo, da vazão e do comprimento da coluna de troca iônica.

[00115] Independentemente do método usado para aumentar a

25 / 34 concentração de dióxido de carbono, a dita concentração na água de alimentação do fluxo QIN pode ser ajustada para uma concentração de 5 a 500 mg/l, preferencialmente 10 a 200 mg/l, e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l. Preferencialmente, a injeção de dióxido de carbono gasoso é usada para ajustar a concentração de dióxido de carbono na água de alimentação do fluxo QIN.

[00116] O valor de pH também pode ser usado para controlar a taxa de reação entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b) do método inventivo. Em uma modalidade, o pH da água de alimentação do fluxo QIN é, portanto, ajustado para uma faixa de 5,0 a 8,5, preferencialmente de 5,5 a 8,0, e mais preferencialmente de 6,0 a 7,5. Em uma modalidade preferida, o dito pH é ajustado injetando uma quantidade apropriada de dióxido de carbono no fluxo de entrada QIN, como descrito acima.

[00117] Da mesma forma, a temperatura pode ser usada para controlar a taxa de reação entre QIN e a fonte de íon magnésio na etapa (b). Portanto, em outra modalidade do método inventivo, a temperatura da água de alimentação do fluxo QIN é ajustada para uma faixa de 5 a 35°C, preferencialmente de 10 a 30°C e mais preferencialmente de 15 a 25°C. (D) O sistema de tratamento de água e o reator de fluxo

[00118] O método de acordo com a presente invenção para aumentar a concentração de íon magnésio na água de alimentação pode ser realizado por meio de um sistema de tratamento de água correspondente ou pelo uso de um reator de fluxo correspondente.

[00119] Portanto, outro aspecto da presente invenção refere-se a um sistema de tratamento de água, o dito sistema compreendendo: (i) uma entrada, a entrada sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita entrada e para

26 / 34 obter um fluxo de saída de água tratada QOUT; e (iii) uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída de água tratada QOUT; distinguido pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

[00120] A linha que está sendo configurada para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN pode ser feita de qualquer material que seja compatível com a água de alimentação. Por exemplo, a dita linha pode compreender um tubo de metal ou um tubo de plástico. A dita linha pode compreender adicionalmente um conector para conectar a linha a um abastecimento externo de água de alimentação, por exemplo, um abastecimento de água potável ou a saída de um sistema de purificação de água. A linha pode compreender conectores adicionais para conectar, por exemplo, para conectar o leito sólido ou para instalar um dispositivo de pré- tratamento opcional.

[00121] Em uma modalidade, o tratamento de água da presente invenção compreende adicionalmente um dispositivo de pré-tratamento conectado à dita linha a montante do leito sólido, em que o dito dispositivo de pré-tratamento é configurado para aumentar a concentração de dióxido de carbono no dito fluxo de entrada da água de alimentação QIN.

[00122] Como já descrito acima, diferentes métodos e dispositivos correspondentes podem ser utilizados para aumentar a concentração de dióxido de carbono. Os métodos adequados incluem, sem se limitar a, injeção de dióxido de carbono gasoso ou colocar em contato o fluxo de entrada da água de alimentação QIN com um trocador de cátion ácido, preferencialmente com um trocador de cátion fracamente ácido.

[00123] Por conseguinte, em uma modalidade, o dispositivo de pré- tratamento conectado à dita linha é:

27 / 34 (i) um dispositivo de injeção configurado para injetar dióxido de carbono gasoso no dito fluxo de entrada QIN; ou (ii) um trocador de cátion ácido, preferencialmente um trocador de cátion fracamente ácido, configurado para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN.

[00124] Preferencialmente, o dispositivo de pré-tratamento conectado à dita linha é um dispositivo de injeção configurado para injetar dióxido de carbono gasoso no dito fluxo de entrada QIN. Detalhes e modalidades sobre dispositivos de injeção de dióxido de carbono adequados para uso na presente invenção são descritos acima e, portanto, aplicam-se ao sistema inventivo de tratamento de água.

[00125] O fluxo de entrada QIN é então direcionado para um leito sólido. Se aplicável, o leito sólido está localizado a jusante do dito dispositivo de pré-tratamento. Em qualquer um dos casos, o leito sólido está configurado para receber o fluxo de entrada da alimentação QIN.

[00126] O leito sólido utilizado na presente invenção pode ter qualquer construção concebível que permita passar o fluxo de entrada QIN, a fim de interagir com as partículas sólidas, de modo que os íons magnésio sejam liberados após a dissolução das ditas partículas sólidas. Também pode ser desejável evitar a erosão de material particulado, especialmente partículas maiores. Para este fim, em uma modalidade, o leito sólido compreende adicionalmente um dispositivo de retenção na extremidade a jusante do leito sólido, os dispositivos de retenção preferidos são telas ou membranas permeáveis à água.

[00127] De acordo com a presente invenção, o leito sólido pode ser provido por uma cavidade de um reator de fluxo, o dito reator de fluxo tendo uma entrada sendo configurada para receber o fluxo de água de alimentação QIN e uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente o dito reator de fluxo é um cartucho de fluxo.

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[00128] Portanto, ainda outro aspecto da presente invenção refere-se a um reator de fluxo, preferencialmente um cartucho de fluxo, para uso em um sistema de tratamento de água para aumentar a concentração de íon magnésio na água de alimentação, o dito reator de fluxo compreendendo: (i) uma linha, a linha sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita linha para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT; distinguido pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

[00129] O cartucho de fluxo pode ser um recipiente fechado configurado para compreender uma cavidade que inclui a fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas que formam um leito sólido, em que o dito cartucho tem uma entrada para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN e uma saída sendo configurada para liberar um fluxo de saída da água tratada QOUT.

[00130] Em uma modalidade adicional, o reator de fluxo ou cartucho de fluxo compreende um dispositivo de retenção na saída do reator, preferencialmente uma tela ou membrana permeável à água.

[00131] O reator de fluxo ou cartucho de fluxo é conectado à linha que recebe o fluxo de entrada da água de alimentação QIN, se aplicável a jusante do dispositivo de pré-tratamento, por meio de um conector acoplado na entrada do reator ou cartucho. Um outro conector pode ser acoplado na extremidade a jusante da saída. Isso pode permitir uma substituição simples do reator de fluxo ou cartucho de fluxo quando instalado em sistemas de tubulação, por exemplo, em sistemas domésticos de abastecimento de água ou plantas móveis de tratamento de água.

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[00132] Note-se que os detalhes e modalidades descritos acima com relação ao fluxo de entrada da água de alimentação QIN e o leito sólido se aplicam adequadamente ao sistema inventivo de tratamento de água e ao reator de fluxo ou cartucho de fluxo.

[00133] Por exemplo, em algumas modalidades do sistema de tratamento de água e do reator de fluxo, a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada.

[00134] Em outras modalidades do sistema de tratamento de água e do reator de fluxo, as partículas do leito sólido têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm.

[00135] Em outras modalidades do sistema de tratamento de água e do reator de fluxo, o limite de solubilidade em água é 5 g/l ou menos, preferencialmente 2 g/l ou menos, mais preferencialmente 1 g/l ou menos, ainda mais preferencialmente 0,5 g/l ou menos, e mais preferencialmente 0,2 g/l ou menos, cada um medido a 20°C e 100 kPa.

[00136] Em modalidades exemplares do sistema de tratamento de água e do reator de fluxo, a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,5 a 1,5 mm e o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é de pelo menos 0,05 min e menos de 2 min, preferencialmente na faixa de 0,1 min a 1 min. Exemplos

[00137] O escopo e o interesse da invenção podem ser melhor compreendidos com base nos exemplos a seguir, que se destinam a ilustrar modalidades da presente invenção. (A) Métodos analíticos

[00138] Todos os parâmetros definidos em todo o presente pedido e

30 / 34 mencionados nos exemplos a seguir são baseados nos seguintes métodos de medição: Concentrações de íons metálicos (por exemplo, Ca2+ ou Mg2+)

[00139] As concentrações de íons metálicos indicadas neste pedido, incluindo a concentração de íon magnésio e cálcio, foram medidas por cromatografia iônica usando um instrumento Metrohm 882 Compact IC plus. Todas as amostras foram filtradas (RC - 0,20 µm) antes da análise. Concentração de dióxido de carbono

[00140] A concentração de dióxido de carbono dissolvido na água foi determinada por titulação usando uma solução padrão aquosa de hidróxido de sódio como titulante e um eletrodo de pH DGi111SC (Mettler-Toledo). Distribuição do tamanho de partículas

[00141] Para determinar o tamanho de partícula médio ponderado de partículas sólidas, foi utilizado peneiramento fracionado de acordo com a norma ISO 3310-1:2000(E). Condutividade

[00142] A condutividade elétrica foi medida usando um medidor de pH SevenMulti da Mettler-Toledo (Suíça) equipado com uma sonda InLab 741 de Mettler-Toledo (Suíça). Alcalinidade total (CaCO3)

[00143] A alcalinidade total foi medida com um titulador Mettler- Toledo T70 usando o software de titulação LabX Light correspondente. Um eletrodo de pH DGi111SG foi usado para esta titulação de acordo com o método M415 correspondente da Mettler-Toledo da brochura de aplicação 37 (análise de água). A calibração do eletrodo de pH foi realizada utilizando os padrões de pH Mettler-Toledo (pH 4,01, 7,00 e 9,21). Turbidez

[00144] A turbidez foi medida com um medidor de turbidez Hach Lange 2100AN IS Laboratory. A calibração foi realizada usando os padrões

31 / 34 de turbidez StabCal (formazina) de ter <0,1, 20, 200, 1 000, 4 000 e 7 500 NTU. Limite de solubilidade

[00145] O limite de solubilidade é determinado pelo método de agitação de recipientes de vidro conhecido pelo especialista. De acordo com este método, o composto em excesso (por exemplo, a fonte de íon magnésio) é adicionado ao solvente (por exemplo, água, preferencialmente água deionizada) e agitado a 20°C e pressão ambiente de 100 kPa por pelo menos 24 h. A saturação é confirmada pela observação da presença de material não dissolvido. Após filtração da pasta, é retirada uma amostra da solução com um volume definido para análise. A filtração é realizada nas condições utilizadas durante a dissolução (20°C, 100 kPa) para minimizar a perda de componentes voláteis. O solvente da amostra foi então evaporado e a concentração em massa do composto dissolvido foi determinada com base na massa do composto residual após a evaporação do solvente e no volume da amostra.

[00146] Em muitos casos, os limites de solubilidade dos ingredientes ativos estão disponíveis em bancos de dados públicos geralmente conhecidos pelo especialista. Em caso de diferenças ou inconsistências, o limite de solubilidade determinado de acordo com o método descrito acima deve ser preferido. (B) Exemplos

[00147] Os exemplos a seguir não devem ser interpretados para limitar o escopo das reivindicações de qualquer maneira. Equipamento

[00148] O seguinte equipamento foi usado nos ensaios:

1. Sistema de contator:

[00149] Uma coluna de contator construída em PVC límpido DN80 equipado com conectores de extremidade de junções para permitir a troca do

32 / 34 material do filtro dentro da coluna

[00150] Bomba com controle de velocidade variável para fornecer água de alimentação na vazão necessária

[00151] Aspersor de dosagem de dióxido de carbono para dissolver dióxido de carbono na água de alimentação

[00152] Medições de vazão com medidor de fluxo em linha

[00153] Controle de fluxo com tubo de taxa e válvula de agulha para a coluna

[00154] Medição em linha de pH, turbidez e condutividade na entrada e saída da coluna

2. Sistema de dosagem de dióxido de carbono (não utilizado nesses ensaios), consistindo em:

[00155] Frasco de dióxido de carbono

[00156] Regulador de pressão para diminuir a pressão do frasco de 50 bar para 5 bar

[00157] Medidor de fluxo de massa e válvula de controle para regular e medir a dosagem de dióxido de carbono

[00158] Conexão de dosagem ao aspersor de dissolução na tubulação de alimentação para a coluna Procedimento

[00159] O procedimento a seguir foi usado para executar os testes:

[00160] 1. As colunas do contator foram preenchidas com a fonte de íon magnésio, conforme indicado abaixo (preenchidas a uma altura do leito de cerca de 200 mm)

[00161] 2. A água que foi tratada com osmose reversa e depois estabilizada usando um contator de calcita foi usada como água de alimentação QIN e bombeada através da coluna do contator (a composição mineral e a qualidade da água de alimentação são indicadas abaixo)

[00162] 3. A água de alimentação foi passada pela coluna por um

33 / 34 período de pelo menos dois EBCT (tempo de contato do leito vazio) para condicionar a coluna antes de coletar amostras para análise a partir do fluxo de saída QOUT

[00163] 4. Foram realizados ensaios com várias vazões para comparar o impacto do tempo de contato Materiais Os seguintes minerais de magnésio foram testados como fonte de íon magnésio nos ensaios: Origem fonte de íons Mg Fórmula Química Tamanho de partícula ou fornecedor Como descrito em PHM Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O 500 µm WO 2011/054831 A1 PHM = hidromagnesita precipitada.

[00164] A composição química do PHM foi confirmada por XRD (resultados não mostrados). Configurações de teste

[00165] As configurações de teste a seguir foram usadas nos ensaios com água RO pré-mineralizada que, no entanto, apresentava baixo teor de magnésio. No do Ensaio 1 2 3 4 5 Pré-mineralização S S S S S Fonte de íons Mg PHM PHM PHM PHM PHM Altura do leito [mm] 200 200 41 41 41 Ø de coluna [mm] 68 68 68 68 68 Dose de CO2 [mg/l] 0 0 0 0 0 Fluxo [l/h] 21,8 43,6 12 18 36 Tempo de contato [min] 2 1 0,75 0,5 0,25 Resultados dos testes A tabela abaixo lista os resultados medidos nos Ensaios 1 a 5: No do Ensaio 1 2 3 4 5 Pontos de

QIN QOUT QIN QOUT QIN QOUT QIN QOUT QIN QOUT amostragem Valor de pH 6,75 10 6,76 9,8 7,06 9,66 7 9,6 7,06 9,49 T [°C] 21,2 21,9 20,9 21,8 22,5 23,3 22,3 23,2 22,5 23,2 Condutividade 137 296 140 253 208 279 208 273 205 259 [µS/cm] TAC [mg/l CaCO3] 79 192 84 157 110 177 110 170 122 159 CO2 livre [mg/l] 11 0 11 0 4 0 4 0 4 0 Turbidez [NTU] 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Mg2+ [mg/l] <1 60 <1 46 <1 34,5 <1 29 <1 26

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Os ensaios com hidromagnesita funcionaram muito eficazmente sem injeção de dióxido de carbono.

Um grande aumento no nível de magnésio dissolvido, no nível de alcalinidade, no nível de pH e no consumo total de dióxido de carbono sugere uma taxa de reação muito rápida.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, o método compreendendo as seguintes etapas: (a) prover um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; (b) passar o dito fluxo QIN através de um leito sólido para obter um fluxo de saída da água tratada QOUT; caracterizado pelo fato de que o sólido na etapa (b) compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água de alimentação tem uma concentração de íons magnésio dissolvidos de 10 mg/l ou menos, preferencialmente 5 mg/l ou menos, e mais preferencialmente 2 mg/l ou menos.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a água de alimentação tem uma alcalinidade total (CaCO3) de 5 a 200 mg/l, preferencialmente de 10 a 150 mg/l, e mais preferencialmente de 20 a 100 mg/l.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a água de alimentação tem um Índice de Saturação de Langelier (LSI) de 2,0 a 1,0, preferencialmente de 1,0 a 0,7, e mais preferencialmente de 0,5 a 0,5.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente uma etapa de ajustar o pH da água de alimentação para uma faixa de 5,0 a 8,5, preferencialmente de 5,5 a 8,0, e mais preferencialmente de 6,0 a 7,5, em que o dito pH é preferencialmente ajustado por injetar uma quantidade adequada de dióxido de carbono no fluxo de entrada QIN.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente uma etapa de ajustar a temperatura da água de alimentação para uma faixa de 5 a 35°C, preferencialmente de 10 a 30°C, e mais preferencialmente de 15 a 25°C.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,05 a 20 mm, preferencialmente de 0,1 a 15 mm, mais preferencialmente de 0,15 a 10 mm, ainda mais preferencialmente de 0,2 a 2 mm e mais preferencialmente de 0,5 a 1,5 mm.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é: (i) pelo menos 0,05 min, preferencialmente pelo menos 0,1 min, mais preferencialmente pelo menos 0,2 min e mais preferencialmente pelo menos 0,25 min; e/ou (ii) menos de 10 minutos, preferencialmente menos de 5 minutos, mais preferencialmente menos de 2 minutos e mais preferencialmente menos de 1 minuto.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o leito sólido na etapa (b) é provido por uma cavidade de um reator de fluxo, o dito reator de fluxo tendo uma entrada sendo configurada para receber o fluxo de entrada da água de alimentação QIN e uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente o dito reator de fluxo é um cartucho de fluxo.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada, as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado na faixa de 0,5 a 1,5 mm e o tempo de contato na etapa (b) entre o fluxo QIN e o leito sólido é de pelo menos 0,05 min e menos de 2 min.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionar uma etapa de ajustar o pH do fluxo de saída da água tratada QOUT, preferencialmente para uma faixa de 4,5 a 9,5, preferencialmente de 6,5 a 8,5 e mais preferencialmente de 6,8 a 7,5.

13. Sistema de tratamento de água para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, o sistema compreendendo: (i) uma linha, a linha sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita linha para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT; caracterizado pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

14. Sistema de tratamento de água de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: (i) a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada; (ii) as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado como definido na reivindicação 8; e/ou (iii) o leito sólido é provido pela cavidade de um reator de fluxo como definido na reivindicação 10.

15. Reator de fluxo para uso em um sistema de tratamento de água para aumentar a concentração de íon magnésio da água de alimentação, o dito reator de fluxo compreendendo: (i) uma entrada, a entrada sendo configurada para receber um fluxo de entrada de água de alimentação QIN; e (ii) um leito sólido, o leito sólido sendo configurado para receber o fluxo de entrada de água de alimentação QIN da dita entrada e para obter um fluxo de saída de água tratada QOUT; e (iii) uma saída sendo configurada para liberar o fluxo de saída de água tratada QOUT; caracterizado pelo fato de que o sólido compreende uma fonte de íon magnésio na forma de partículas sólidas, em que a dita fonte de íon magnésio é uma hidromagnesita natural ou sintética.

16. Reator de fluxo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: (i) a fonte de íon magnésio é hidromagnesita sintética, preferencialmente hidromagnesita precipitada; (ii) as partículas têm um tamanho de partícula médio ponderado como definido na reivindicação 8; e/ou (iii) o leito sólido é provido pela cavidade do dito reator de fluxo.

17. Reator de fluxo de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o reator de fluxo é um cartucho de fluxo.