membra nasr eu so agua
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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: [email protected]
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IV Workshop sobre gestão e reúso de água na indústria Jurerê Beach Village Hotel - Florianópolis-SC
Novembro-2008
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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
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Planeta Terra
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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
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Consumo de água superficial
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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.
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Situações críticas por falta de água
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Indústrias de transformação
Passado Presente
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Fábrica de celulose e papel
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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
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A degradação dos recursos hídricos devido a exploração desmedida é uma constante ameaça ao meio ambiente.
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Estima-se que somente 36% do efluente sanitário e
industrial gerado hoje no Brasil seja tratado.
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Reúso de água
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Uso de membranas no reúso de água industrial
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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
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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.
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Representação esquemática de um processo de separação por membranas
Separação com membranas - princípio da separação -
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Filtração estática e filtração tangencial
Configuração de escoamento em processos com membranas
– filtração estática e filtração tangencial -
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Sólidos suspensos Macromoléculas
Íons multivalentes Íons monovalentes Água
Tipos de membranas/processos Pressão mecânica
MF UF NF OI
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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.
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Tubo de permeado
Anel de vedação
Suporte da membrana
Membrana
Condutor do permeado Espaçador
Detalhes de uma membrana espiral
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Detalhes de uma membrana espiral
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Koch Membrane Systems
Membrana tubular
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PAM Membranas Seletivas Ltda.
Membrana fibra-oca
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Módulos de membrana na configuração fibra-oca
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Membranas cerâmicas tubulares
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Princípio de funcionamento de uma unidade de filtração tangencial com membranas
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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;
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Unidades industriais de membranas
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Unidade piloto de ultrafiltração
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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
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Unidade de microfiltração
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Unidade de microfiltração
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Unidade de microfiltração/ultrafiltração
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Sistema de ultrafiltração
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Aplicação de Membranas no reúso de água
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Unidades de osmose inversa
Dessalinização de água
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Planta dessalinizadora de Llobregat
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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.
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UNIDADE REGAP
Unidades-piloto de membranas: Implantadas e avaliadas na REGAP/Petrobras
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Unidades – piloto de processos avançados de tratamento de águas e efluentes
15 unidades-piloto automatizadas
PETROBRAS
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Tratamento e reúso de água nas plataformas de petróleo (offshore)
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“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
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Remoção de sulfato da água do mar
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Membranas na reutilização de efluentes industriais
Vicunha (indústria têxtil – Fortaleza
Petrobras/Brasil
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(Cortesia: PAM Membranas Seletivas Ltda)
Unidade industrial de microfiltração utilizada no tratamento terciário de efluentes
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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)
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Biorreator com membranas
Configurações
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AQUAPOLO Maior projeto de água de reúso do Hemisfério Sul.
Abastecerá o Polo Petroquímico do ABC paulista, localizado em Mauá.
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Módulos de membranas de fibra oca
Projeto Aquapolo
Área unitária - 1500 m² para cada módulo
Fonte: Koch Membranes
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Membranas submersas
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Membranas submersas
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Membranas submersas
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Água de reúso da SABESP – à partir do esgoto tratado
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Limpeza das membranas após o uso
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Limpeza em fluxo reverso (retrolavagem)
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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.
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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.