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Estudo físico-químico do concentrado proveniente do processo de osmose reversa no tratamento de água para uso industrial

Publicado em 21/07/2017 às 12:00:10

Resumo

Este trabalho teve como objetivo avaliar e caracterizar o resíduo produzido pelo tratamento avançado de um Processo de Separação por Membranas (PSM) proveniente de uma unidade piloto, instalada dentro de uma planta de tratamento de água para a indústria, denominada Estação de Tratamento de Água Industrial – Araucária (ETA-I). Esta planta possui capacidade de tratamento de água de 1.152 m³/h e atende a quatro grandes indústrias da região sendo, siderurgia, termoelétrica, madeireira e de fertilizantes nitrogenados, que utilizam a em processos industriais como, em torres de resfriamento, caldeiras. A unidade piloto possui capacidade de tratamento de até 400 L h-1, e era composta por filtro de carvão ativado, bomba dosadora de metabisulfito de sódio, filtro de polipropileno, dois vasos de pressão onde estavam inseridos os módulos individuais de membranas filtrantes. Cada membrana possuía 7,9 m² totalizando 15,8m² de área de filtração, a composição do elemento filtrante era uma mescla de poliamida e polisulfona, espiralada e fornecida pela Hydranautics ESPA1-4040 Nitto Denko. As amostras coletadas, de concentrado e de água de alimentação, foram analisadas no laboratório para determinações analíticas de: cor, turbidez, pH, temperatura, condutividade elétrica, dureza, cloretos, fluoretos e cloro livre. Estas foram definidas com base nos parâmetros mais significativos para água de processo, caldeira e torre de resfriamento, custo, tempo de preparo e determina- ção. Os resultados das análises destes parâmetros foram tratados utilizando o teste Z e os resultados foram expressos pela média com a incerteza expandida para 95,45% do período avaliado. O tempo de operação da planta piloto para este trabalho foi de 1000 horas de forma contínua sendo interrompida apenas para a manutenção da ETA-I. Para cada parâmetro avaliado foram coletadas 127 amostras de água de alimentação, de permeado e do concentrado, após o tratamento de dados restaram 81 amostras para cada parâmetro, estes resultados indicam para a eficiência na redução da concentração dos parâmetros avaliados no permeado e para o concentrado avaliado o fator de concentração variou entre 2 a 5 vezes quando comparado com as concentrações presentes na água de alimentação, sendo verificada a eficiência do PSM. O resíduo proveniente da limpeza química das membranas filtrantes foi coletado e enviado para análise de laboratório externa e os resultados destas análises indicam conformidade de parte dos parâmetros com a Resolução CONAMA 430/2011 que estabelece critérios para o lançamento do efluente no corpo hídrico e outros parâmetros não possuem regulamentação nesta resolução, sendo assim a legislação brasileira para o lançamento de efluente omissa.

Introdução

A cada dia a água se torna um recurso mais escasso e com maior valor econômico. Na América Latina, Central e do Norte, na Europa, na África e na Ásia há regiões aonde o stress hídrico vem se tornando comum, em especial em locais com baixa pluviosidade e sem um regime de chuvas definido, os países mais afetados são a o Brasil, Venezuela, Peru, Colômbia, Estados Unidos, Espanha, Turquia, Itália, Grécia, Malásia, Índia e outros.

Diante da possibilidade de escassez de água diversos países elaboraram estratégias para o reúso da água, tendo como base o ciclo da água e a possibilidade da renovação dos recursos hídricos em diferentes estados, sólido, liquido e gasoso. Nesta ótica os recursos hídricos disponíveis foram provenientes de reúso, que pode ser planejado ou não planejado e direto ou indireto.

O reúso direto ocorre quando se utiliza efluente tratado para a produção de águas, esta água poderá ter finalidade industrial, agrícola, recarga de aquífero e até mesmo o abastecimento público. O reuso indireto ocorre quando a água já utilizada, uma ou mais vezes, é lançada dos corpos hídricos, diluída e utilizada novamente.

Outra classificação inerente ao reuso seria o reúso planejado e o reúso não planejado. O primeiro ocorre quando o reuso direto ou indireto é planejado pelas autoridades, que tratam adequadamente as águas servidas antes do lançamento ou do encaminhamento aos sistemas de distribuição, garantindo a segurança da popula- ção com a adoção ou a melhoria do sistema tratamento de efluentes, com a utiliza- ção do efluente tratado na agricultura, diluição em corpos hídricos e a recarga de aquíferos subterrâneos. O reuso não planejado ocorre sem a previsão das autoridades competentes, normalmente sem a adoção de tecnologias que garantam o tratamento necessário ao efluente, que pode ser direcionado a estações de tratamento público e privado de águas.

Os processos convencionais de filtração, devido ao baixo custo continuam sendo empregados em muitas estações de tratamento de águas (ETA’s), porém perdem competitividade quando não há mais espaço para a construção e ampliação da estação ou quando a taxa de filtração já está na capacidade nominal, não possuindo mais alternativas se não a aplicação do processo de separação por membranas (PSM).

O uso de membranas de filtração no tratamento de água e de efluentes vem crescendo ao longo dos anos, em todo o mundo. As membranas para a filtração podem ser utilizadas no tratamento de efluentes aeróbios ou anaeróbios. E elas apresentam como vantagem a redução de área para a instalação quando comparadas aos de processos convencionais de tratamento que englobam os processos biológicos e físico-químicos.

O PSM pode ser considerado como um tratamento avançado para a água e de pós-tratamento para os efluentes industriais e domésticos. O produto resultante deste processo, denominado de permeado, não possui alto valor agregado quando comparado aos produtos provenientes de outras indústrias como a de alimentos de higiene pessoal.

O material concentrado, ou rejeito proveniente de PSM, necessita de tratamento posterior. Nele estão contidos compostos orgânicos e minerais que pelo tamanho, forma ou estrutura não foram capazes de atravessar as membranas filtrantes. O rejeito produzido em uma unidade de separação por membranas, expresso em volume, representa aproximadamente 20 a 30% do total do material filtrado e, dependendo do tamanho da planta, da tecnologia empregada e das características da água de alimentação, este valor pode ser ainda maior.

Acredita-se que por se tratar de tratamento de água retirada do subsolo ou de um corpo hídrico superficial, o resíduo resultante deste processo possa retornar ao meio ambiente sem qualquer tipo de tratamento.

No entanto, o resíduo proveniente de um PSM é considerado como efluente proveniente da indústria do tratamento da água e deve ser tratado seguindo a legislação vigente.

Do ponto de vista econômico a água é considerada um bem de alto valor agregado enquanto os efluentes sanitários, muitas vezes, não são vistos como tal.

No Brasil, além de leis, decretos, portarias, contratos que regulam a qualidade da água produzida deve-se ater à Resolução CONAMA 430/2011, que possui como objetivo determinar a qualidade mínima do efluente tratado para o posterior lançamento nos corpos hídricos. No Estado do Paraná a Resolução SEMA – PR 21/2009 estipula metas e prazos para o tratamento dos resíduos produzidos em estações de tratamento de água –(ETA) e de esgotos (ETE).

Dessa forma o rejeito proveniente do PSM deve ser tratado para a posterior disposição final, ou reciclado à unidade, como ocorre com os compostos lixiviados e os concentrados provenientes do tratamento de efluentes sanitários.

Estes podem ainda ser conduzidos a colunas de filtração utilizando carvão ativado granular ou em forma de pó e dependendo do caso passar por processos de coagulação e floculação utilizando polímeros. No entanto a caracterização do resí- duo possui fundamental importância na escolha do processo de tratamento, bem como as variações de parâmetros que ocorrem em função da qualidade do manancial envolvido, as quais devem consideradas e avaliadas conjuntamente.

Estudos comparativos de preço da água dessalinizada mostram a redução em países desenvolvidos (Europa) dos anos 90 para os anos 2000, de 1,50 US$/m³ para 0,50 US$/m³, sendo que quase metade do custo de operação se deve a energia elétrica e somente as bombas representam cerca de 85% da energia consumida.

No Estado de São Paulo, 30% do total demandando para o setor industrial, utiliza o reúso direto de água industrial. A SABESP e a Foz do Brasil (controlada pelo Grupo Odebrecht Ambiental) uniram-se em uma sociedade de propósito específico (SPE) denominada de Aquapolo, esta unidade foi instalada em uma ETE que trata o efluente de forma aeróbia e possui em sua unidade de pós-tratamento biorreatores de membrana e a unidade de osmose reversa.

No nordeste brasileiro há trabalhos em andamento e concluídos sobre a utilização de membranas de osmose reversa para a dessalinização da água extraída de poços, e devido ao elevado teor de sais as membranas utilizadas filtram cerca de 30 a 40% do volume de água extraído e o restante de 60 a 70% é devolvido para o solo sem nenhum tipo de tratamento, prejudicando a qualidade do solo da região e até mesmo contaminando os aquíferos existentes.

A estação de tratamento de água industrial localizada na Região Metropolitana de Curitiba (RMC) é alimentada com água proveniente do Rio Iguaçu e possui tratamento denominado de ciclo completo envolvendo operações unitárias de coagulação, floculação, decantação e filtração, produzindo água não potável para indústrias da região. Devido à sua localização e pelas características físico-químicas do corpo hídrico, esta unidade pode ser considerada como uma unidade de reúso indireto e não planejado.

Autora: Mariana Espíndola de Souza.

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