Utilização de Processos com Membranas no Reúso de Água Industrial

Prof. José Carlos Cunha Petrus

Depto de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos LABSEM - Laboratório de Processos Separação com Membranas

Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC

E-mail: jpetrus@enq.ufsc.br

IV Workshop sobre gestão e reúso de água na indústria Jurerê Beach Village Hotel - Florianópolis-SC

Novembro-2008

Alguns dados sobre as nove edições do “Workshop sobre gestão e reúso de água na

indústria” realizadas de 2005 a 2013

Indústrias participantes: 230 Participantes: 1400 Palestras apresentadas: 210 (42 Petrobras, 105 outras

indústrias, 63 universidades e centros de pesquisa) Utilizando membranas visando reúso de água: 85 Experiências internacionais: 5 (Estados Unidos, Itália,

Inglaterra, Alemanha e Japão)

X Workshop: 27 e 28/11/2014 Majestic Palace Hotel, Beira-Mar Norte, Florianópolis

Planeta Terra

Diâmetro aproximado das gotas (Km): Gota maior: 1.385 – água total Gota média: 273 - água doce total Gota pequena: 56 – água doce disponível

Água disponível no planeta

Consumo de água superficial

O Brasil abriga cerca de 18% da água doce do planeta. No entanto, essa água está mal distribuída: quase 70% das águas doces do Brasil estão na Amazônia, onde vivem apenas 7% da população. Essa distribuição irregular deixa apenas 3% de água para o Nordeste. Essa é a causa do problema de escassez de água.

Situações críticas por falta de água

Indústrias de transformação

Passado Presente

Fábrica de celulose e papel

Consumo médio de água na indústria de celulose

Ano 1959 1969 1975 1979 1985 1988 1999

2013 (fábrica nova)

m3/tproduto 240 156 111 96 79 72 60 25

Redução de praticamente 1 ciclo logarítmico (10 vezes) o consumo de água

A degradação dos recursos hídricos devido a exploração desmedida é uma constante ameaça ao meio ambiente.

Estima-se que somente 36% do efluente sanitário e

industrial gerado hoje no Brasil seja tratado.

Reúso de água

Uso de membranas no reúso de água industrial

Mercado Mundial para os Processos com Membranas

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0 12,0

14,0

16,0

18,0

Bilh

ões

US$

Ano

Osmose inversa, ultrafiltração e microfiltração

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Conceito de membrana

Dentre várias definições, uma membrana pode ser entendida como sendo uma barreira capaz de separar duas fases, restringindo total ou parcialmente o transporte de uma ou mais espécies químicas presentes nessas fases.

Representação esquemática de um processo de separação por membranas

Separação com membranas - princípio da separação -

Filtração estática e filtração tangencial

Configuração de escoamento em processos com membranas

– filtração estática e filtração tangencial -

Sólidos suspensos Macromoléculas

Íons multivalentes Íons monovalentes Água

Tipos de membranas/processos Pressão mecânica

MF UF NF OI

Materiais das membranas

As membranas podem ser de natureza orgânica ou inorgânica

Membranas orgânicas (poliméricas) são mais amplamente utilizadas;

Membranas minerais são restritas aos processos de microfiltração e ultrafiltração.

Tubo de permeado

Anel de vedação

Suporte da membrana

Membrana

Condutor do permeado Espaçador

Detalhes de uma membrana espiral

Detalhes de uma membrana espiral

Koch Membrane Systems

Membrana tubular

PAM Membranas Seletivas Ltda.

Membrana fibra-oca

Módulos de membrana na configuração fibra-oca

Membranas cerâmicas tubulares

Princípio de funcionamento de uma unidade de filtração tangencial com membranas

Principais parâmetros de desempenho de uma unidade de

membranas

Fluxo de permeado (F): quantidade obtida de permeado em litros, por m2 de membrana por hora (L m-2h-1);

Coeficiente de retenção: expressa em porcentagem R = (1-Cp/Ci)*100, Ci = concentração inicial de um componente na alimentação; Cp = concentração deste mesmo componente no permeado;

Unidades industriais de membranas

Unidade piloto de ultrafiltração

Projeto Senai/SC Uso do CPS na produção de sorvetes,

iogurtes, ricota e bebida láctea

Unidade piloto de UF Unidade de UF em operação

Amostras Preparação dos produtos

Unidade de microfiltração

Unidade de microfiltração

Unidade de microfiltração/ultrafiltração

Sistema de ultrafiltração

Aplicação de Membranas no reúso de água

Unidades de osmose inversa

Dessalinização de água

Planta dessalinizadora de Llobregat

Alguns dados sobre a Planta dessalinizadora de Llobregat

Investimento da ordem de: 230 milhões de euros Capacidade: 200.000 metros cúbicos de água potável/dia Salinidade da água do mar: 39.700 ppm Salinidade da água tratada: 110 ppm Rendimento na eliminação de sais: 99.7% Fator de conversão: 45% Permite satisfazer a demanda de água potável até 2020.

UNIDADE REGAP

Unidades-piloto de membranas: Implantadas e avaliadas na REGAP/Petrobras

Unidades – piloto de processos avançados de tratamento de águas e efluentes

15 unidades-piloto automatizadas

PETROBRAS

Tratamento e reúso de água nas plataformas de petróleo (offshore)

“Petroleiras removem sulfato de água de injeção utilizando a nanofiltração e criam mercado milionário para as membranas” Revista da ABIQUIM/2012

Unidade de nanofiltração offshore

Remoção de sulfato da água do mar

Membranas na reutilização de efluentes industriais

Vicunha (indústria têxtil – Fortaleza

Petrobras/Brasil

(Cortesia: PAM Membranas Seletivas Ltda)

Unidade industrial de microfiltração utilizada no tratamento terciário de efluentes

Tratamento de efluente de indústria de pigmentos inorgânicos através de microfiltração

Permeado: NTU = 1,5

Efluente: NTU =735

DuPont Brasil Membranas de microfiltração (PAM Membranas)

Biorreator com membranas

Configurações

AQUAPOLO Maior projeto de água de reúso do Hemisfério Sul.

Abastecerá o Polo Petroquímico do ABC paulista, localizado em Mauá.

Módulos de membranas de fibra oca

Projeto Aquapolo

Área unitária - 1500 m² para cada módulo

Fonte: Koch Membranes

Membranas submersas

Membranas submersas

Membranas submersas

Água de reúso da SABESP – à partir do esgoto tratado

Limpeza das membranas após o uso

Limpeza em fluxo reverso (retrolavagem)

Programa de limpeza das membranas

Pré-lavagem com água morna - 10 min. Solução alcalina + Hipoclorito a pH ~ 12 a

45oC/30 min. Enxague com água morna ou fria até pH

neutro. Solução ácida a pH ~ 2.0 a 45oC/30 min. Enxague com água morna ou fria até pH

neutro.

A migração tecnológica para o tratamento por membranas começou em 1988 na plataforma Marathon Oil Brae, no Mar do Norte, quando a empresa desenvolveu em projeto conjunto com a Dow Química uma membrana seletiva, que remove de 98% a 99% do sulfato da água do mar, prejudicial aos poços, ao mesmo tempo em que deixa parte dos sais passar para não comprometer a operação. A Dow mexeu na estrutura dos filmes das membranas de nanofiltração (que por princípio retém particulados até 0.001 mícron) e conseguiu a proeza, mantendo a patente até 2007, quando outros concorrentes passaram a desenvolver alternativas à tecnologia. Até então as plataformas utilizavam para a função a chamada água produzida, que vem junto com o petróleo, e que era separada e tratada na plataforma antes de ser injetada, com produtos químicos injetados em conjunto para evitar o crescimento e a proliferação de bactérias que metabolizam o sulfato da água do mar e liberam H2S. A necessidade de usar a nanofiltração, em primeiro lugar, é para remover os sulfatos e evitar os depósitos inorgânicos por meio da reação com o excesso de bário e estrôncio presentes nos poços. Removendo os íons, evitam-se as precipitações que geram os sulfatos de bário e de estrôncio, altamente incrustantes de poços e tubulações, o que em uma primeira etapa diminui a produtividade de extração de óleo e gás e, em uma segunda, pode vir a condenar o poço ou exigir caras limpezas com navios apropriados para limpar tubulações e outros sistemas afetados.