Por que o oxigênio é necessário no tratamento de água de minas
Os processos de tratamento de água de minas geralmente dependem de reações de oxidação antes que os contaminantes possam ser removidos da água.
Por exemplo, o ferro ferroso dissolvido (Fe²⁺) permanece solúvel em água e não pode ser removido eficientemente por sedimentação. Quando o oxigênio é introduzido, o ferro ferroso oxida em ferro férrico (Fe³⁺), que forma precipitados de hidróxido férrico que se depositam no interior de clarificadores e sistemas de espessamento de lodo.
Um processo semelhante ocorre durante a remoção de manganês, oxidação de sulfeto e sistemas de nitrificação biológica.
As aplicações típicas de tratamento de água de mina que requerem oxigênio incluem:
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Tratamento de drenagem ácida de minas
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Sistemas de remoção de ferro
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Sistemas de remoção de manganês
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Processos de oxidação de sulfeto
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Tratamento biológico de águas residuais
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Sistemas de nitrificação
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Processos de apoio à destruição de cianeto
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Sistemas de reutilização de água de processo
Sem concentração suficiente de oxigênio dissolvido, as taxas de oxidação diminuem e a capacidade de tratamento pode diminuir.
Princípio de funcionamento
Entrada e Filtragem de Ar
O processo começa puxando o ar atmosférico através de um sistema de filtragem industrial.
Os ambientes de mineração geralmente contêm poeira transportada pelo ar gerada por:
Filtros de entrada de vários-estágios capturam partículas contaminantes antes que o ar entre no sistema de compressão.
As carcaças dos filtros normalmente são construídas em aço carbono-com revestimento em pó ou liga de alumínio e usam cartuchos de filtro substituíveis.
Compressão de Ar
O ar filtrado entra em um compressor de parafuso rotativo onde a pressão aumenta para aproximadamente 7–10 bar(g).
O pacote do compressor geralmente consiste em:
O compressor transfere ar comprimido para a seção de purificação através de tubulação de processo de aço carbono ou aço inoxidável.
Os sensores de pressão monitoram continuamente as condições de descarga do compressor e transmitem dados ao sistema de controle PLC.
Purificação do Ar
O ar comprimido contém umidade, aerossóis de óleo e partículas finas que podem danificar o meio de adsorção. A seção de purificação remove contaminantes usando vários estágios de tratamento:
O processo de tratamento reduz o teor de umidade antes que o ar entre no sistema PSA.
Dependendo da configuração, os pontos de orvalho de saída normalmente variam de -40 graus a -70 graus.
Manter baixos níveis de umidade protege o material da peneira molecular e estabiliza o desempenho da produção de oxigênio.
Separação de oxigênio
O sistema PSA separa o oxigênio do ar comprimido usando material de peneira molecular zeólita. O ar comprimido entra em vasos de adsorção preenchidos com peneira molecular.
As moléculas de nitrogênio se ligam à superfície interna do adsorvente enquanto as moléculas de oxigênio passam pelo leito e entram no sistema de coleta de oxigênio.
A unidade PSA alterna entre ciclos de adsorção e regeneração.
Durante a operação:
As válvulas de comutação automatizadas revertem as funções do vaso de acordo com o tempo de ciclo programado.
Este processo permite a geração contínua de oxigênio sem interromper as operações de tratamento a jusante.
A pureza típica do oxigênio varia de 90% a 95%.
Componentes do sistema
Unidade de geração de oxigênio PSA
O skid de geração de oxigênio contém o equipamento de separação do núcleo. Os principais componentes incluem:
Os vasos de adsorção são fabricados em aço carbono-com classificação de pressão e montados em estruturas de suporte de aço estrutural.
As capacidades do sistema normalmente variam de 10 Nm³/h a 5.000 Nm³/h, dependendo dos requisitos da estação de tratamento.
Tanque de armazenamento de oxigênio
O oxigênio gerado entra em um recipiente tampão antes da distribuição. O tanque de armazenamento desempenha diversas funções:
As pressões de armazenamento típicas variam entre 8 e 16 bar(g).
Para instalações de tratamento maiores, recipientes adicionais de armazenamento de oxigênio podem ser integrados ao sistema de distribuição.
Rede de distribuição de oxigênio
O sistema de distribuição de oxigênio transfere oxigênio do gerador para o equipamento de tratamento. A rede geralmente inclui:
Os coletores de distribuição podem fornecer oxigênio para vários estágios de tratamento simultaneamente.
As taxas de fluxo podem ser ajustadas independentemente para cada zona de tratamento.
Tecnologias de transferência de oxigênio
Sistemas de difusão de bolhas finas
Difusores de bolhas finas transferem oxigênio para a água por meio de dispositivos de aeração por membrana. Um conjunto típico de difusor consiste em:
• Membrana EPDM • Tubo de suporte de PVC • Ferragens de montagem em aço inoxidávelA membrana libera pequenas bolhas de oxigênio que aumentam a área de contato do gás-líquido. À medida que as bolhas sobem pela coluna de água, o oxigênio é transferido para a solução e aumenta a concentração de oxigênio dissolvido.
Os sistemas de bolhas finas são comumente instalados em bacias de tratamento biológico e tanques de oxidação.
Injeção de oxigênio Venturi
Os sistemas Venturi injetam oxigênio diretamente nas tubulações pressurizadas de água de processo. O bocal Venturi cria uma zona de baixa-pressão que atrai oxigênio para o fluxo de água.
A mistura de oxigênio-água então entra em tanques de reação, recipientes de oxidação ou sistemas de distribuição.
Os sistemas de injeção Venturi eliminam a necessidade de grandes bacias de aeração em algumas configurações de tratamento.
Reatores de cone de oxigênio
Os reatores de cone de oxigênio dissolvem o oxigênio sob pressão elevada. O reator consiste em:
• Vaso pressurizado • Câmara de mistura interna • Conjunto de injeção de oxigênio • Tubulação de recirculaçãoA água entra no cone sob pressão enquanto o oxigênio é injetado na zona de circulação interna. O ambiente pressurizado aumenta a dissolução do oxigênio e minimiza as perdas de gás.
Os sistemas de cone de oxigênio são comumente usados quando são necessários níveis de oxigênio dissolvido significativamente acima da saturação atmosférica.
Tratamento de drenagem ácida de minas
A drenagem ácida de minas (AMD) se forma quando minerais contendo sulfeto-reagem com oxigênio e água, gerando escoamento ácido contendo metais dissolvidos. Os sistemas de tratamento da DMRI frequentemente utilizam oxigênio para acelerar as reações de oxidação antes da clarificação.
O processo de tratamento geralmente segue estas etapas:
O gerador de oxigênio fornece oxigênio continuamente aos reatores de oxidação, onde o ferro ferroso dissolvido se converte em ferro férrico.
O ferro férrico subsequentemente precipita e deposita-se no equipamento de clarificação a jusante.
Aplicações de tratamento biológico
Campos de mineração, oficinas de manutenção e instalações de processamento geram águas residuais que podem exigir tratamento biológico.
Os microrganismos aeróbicos consomem contaminantes através da atividade metabólica e necessitam de oxigênio dissolvido para funcionar.
O gerador de oxigênio fornece oxigênio para reatores biológicos através de grades difusoras ou sistemas de injeção de oxigênio.
Os alvos típicos de oxigênio dissolvido variam de 2 a 6 mg/L, dependendo do desenho do tratamento.
O sistema de transferência de oxigênio distribui oxigênio por todo o volume do reator e suporta processos de oxidação biológica.
Requisitos de manutenção
Monitoramento Diário
Os operadores inspecionam:
- Pureza do oxigênio
- Pressão de oxigênio
- Taxa de fluxo
- Temperatura do compressor
- Estado do alarme
Os dados operacionais são exibidos através da interface HMI e armazenados pelo sistema PLC.
Manutenção preventiva
As atividades de manutenção programadas incluem:
- Substituindo elementos filtrantes
- Inspeção de válvulas pneumáticas
- Manutenção de compressores
- Calibrando analisadores de oxigênio
- Verificando transmissores de pressão
Os intervalos de manutenção dependem das horas de funcionamento e das condições do local.
Vida útil da peneira molecular
A peneira molecular realiza o processo de separação do oxigênio.
Fatores que podem reduzir a vida útil do adsorvente incluem:
- Contaminação da água
- Transferência de petróleo
- Temperaturas operacionais excessivas
- Ciclo de pressão inadequado
Sob condições operacionais adequadamente mantidas, os intervalos de substituição da peneira molecular normalmente variam de 8 a 12 anos.
Especificações Técnicas
| Parâmetro | Faixa Típica |
|---|---|
| Pureza do Oxigênio | 90–95% |
| Capacidade de oxigênio | 10–5.000 Nm³/h |
| Pressão de oxigênio | 4–10 barras(g) |
| Pressão do ar | 7–10 barras(g) |
| Ponto de orvalho | -40 graus a -70 graus |
| Temperatura ambiente | -20 graus a +50 graus |
| Sistema de controle | CLP + IHM |
| Fonte de energia | 380V–690V |
| Tipo de instalação | Skid-montado ou em contêiner |
Perguntas frequentes
P: Como seleciono a capacidade correta do gerador de oxigênio?
R: A capacidade é determinada pela vazão de água, concentração de contaminantes e níveis alvo de oxigênio dissolvido (OD). A NEWTEK pode calcular a demanda de oxigênio necessária com base na análise da água e nos dados do processo de tratamento.
P: Quais processos de tratamento de água de mina este sistema pode suportar?
R: O sistema pode fornecer oxigênio para:
- Tratamento de drenagem ácida de minas (DMRI)
- Remoção de ferro e manganês
- Oxidação de sulfeto
- Tratamento biológico de águas residuais
- Sistemas de nitrificação
- Aplicações de reutilização de água de processo
P: O sistema pode ser integrado às instalações de tratamento existentes?
R: Sim. O gerador de oxigênio pode ser conectado a tanques de oxidação, injetores Venturi, reatores de cone de oxigênio, sistemas difusores e tubulações de tratamento existentes.
P: Quais informações são necessárias para o dimensionamento do sistema?
R: Para dimensionar o sistema com precisão, a NEWTEK normalmente requer:
- Vazão de água (m³/h)
- Relatório de qualidade da água
- Descrição do processo de tratamento
- Altitude de instalação
- Fonte de alimentação disponível
P: O sistema é adequado para locais de mineração remotos?
R: Sim. O sistema gera oxigênio no-local a partir do ar atmosférico, eliminando a necessidade de fornecimento de oxigênio líquido e tanques de armazenamento criogênico.
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