21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 II-05 ALTERNATIVAS DE REUSO DOS EFLUENTES DA DESSALINIZAÇÃO POR OSMOSE INVERSA: EVAPORAÇÃO SOLAR E MEIO LÍQUIDO PARA CULTIVO DE TILÁPIA KOINA (OREOCHROMIS SP.) Miriam Cleide Cavalcante de Amorim (1) Eng. Química pela Universidade Católica de Pernambuco. Mestre em Eng. Química pela Universidade Federal da Paraíba. Eng. Química da Companhia Pernambucana de Saneamento - Petrolina. Conveniada com a EMBRAPA para desenvolvimento da pesquisa Obtenção de Água Potável por Osmose Inversa Com Condicionamento dos Rejeitos, como coordenadora do Projeto com apoio financeiro da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de Pernambuco, e do Banco do Nordeste do Brasil. Everaldo Rocha Porto () Eng. Agrônomo pela Universidade Federal da Paraíba. Mestre pela Universidade de Utah-USA. PhD pela Universidade do Arizona-USA. Pesquisador da EMBRAPA-Semi-Árido. Consultor da FAO sobre estratégia de convivência com a seca através das técnicas de captação armazenamento e utilização de água de chuva. Odilon Juvino Araújo (3) : Eng. de Pesca pela Universidade Federal Rural de Pernambuco. Especialista em Aquicultura Intensiva e Reprodução Artificial de Peixes pela AGROBER/AGROINVEST-Hungria. Engenheiro de Pesca da Companhia de Desenvolvimento dos Vales do Parnaíba e do São Francisco. Luiz Gonzaga de A. Silva Júnior (4) : Eng. Agrônomo pela Universidade Federal da Paraíba. Especialista em drenagem pelo II Curso Internacional de Drenagem de Terras Agrícolas Coordenado pela Universidade Federal Rural de Pernambuco. Mestre em Irrigação e Drenagem pela Universidade Federal da Paraíba. Eng. Agrônomo da Companhia de Desenvolvimento dos Vales do Parnaíba e do São Francisco CODEVASF. Endereço (1) : Av. do Sol, N o 100, apt o 30, Ed. Príncipe de Mônaco Caminho do Sol. Petrolina-PE. CEP Fone: (0xx81) luizgjr@uol.com.br RESUMO Nas últimas duas décadas, a técnica da Osmose Inversa tornou-se um processo bem estabelecido de dessalinização e vem sendo usada no Nordeste do Brasil em crescente expansão, contribuindo para minimizar uma parcela da demanda de água potável, no semi-árido brasileiro, a partir da água salobra. No entanto, os efluentes gerados pelo processo, ameaçam o meio ambiente da região pois, são águas com elevados teores de sais cujos métodos atuais de disposição normalmente são: o uso de um corpo receptor ou simplesmente o despejo indiscriminado no solo. O objetivo deste trabalho é dar continuidade aos estudos da evaporação solar como alternativa de reuso e apresentar a utilização do efluente como meio líguido para piscicultura, como outra proposta de reuso dos efluentes da osmose inversa, objetivando inicialmente, verificar as condições ecológicas do meio para sobrevivência da Tilápia koina (Oreochromis sp.). PALAVRAS-CHAVE: Dessalinização por Osmose Inversa, Impactos Ambientais, Evaporação Solar, Sais, Rejeitos, Piscicultura. INTRODUÇÃO Há muito se vem estudando soluções para o problema da escassez de água potável no semi-árido nordestino, sendo este, um dos principais problemas nas regiões áridas e semi-áridas do Brasil. Os fatores climáticos limitam a disponibilidade de água à mananciais salinizados. No entanto, o problema da salinização dos mananciais não torna estes recursos inexploráveis pois, a tecnologia da dessalinização permite a viabilização dos mesmos. No Nordeste do Brasil vem sendo utilizada a técnica da osmose inversa, cujo princípio operacional foi desenvolvido no final da década de 60 e suas aplicações foram iniciadas em meados de ABES Trabalhos Técnicos 1

2 A osmose é um fenômeno natural de caráter físico-químico, no qual ocorre espontaneamente a passagem da solução de menor concentração de sais em direção à solução de maior concentração, quando estas são separadas por uma membrana semi-permeável. O fluxo ocorrerá até que se estabeleça um equilíbrio e uma diferença de níveis entre as duas soluções, a qual dá-se o nome de pressão osmótica. Na concepção de operação dos dessalinizadores por osmose inversa, são utilizadas membranas sintéticas e o processo natural da osmose é invertido por intermédio da aplicação mecânica de uma pressão superior à pressão osmótica, do lado da solução mais concentrada, fazendo com que ocorra um fluxo no sentido da solução de menor concentração salina. Considerando principalmente sua comprovada eficiência quanto a relação custo quantidade de água potável produzida, a dessalinização por osmose inversa é uma alternativa inovadora e eficaz na conversão de água salgada em água potável, de forma que, nas últimas duas décadas a técnica da osmose inversa tornou-se um processo bem estabelecido de dessalinização e vem sendo usada no Nordeste do Brasil em crescente expansão. Porém, como em todas as técnicas de dessalinização, há a produção de efluentes os quais, são águas com características semelhantes às da água do mar, que poderão causar danos ao ambiente devido aos seus elevados teores de sais e sua deposição no solo sem critérios pré definidos. A carência hídrica na região em apreço associada a ameaça de contaminação ambiental, fazem do reuso do rejeito uma prática relevante e estratégica. Mesmo com a possibilidade de impactos ambientais consequentes da dessalinização, as águas salinizadas podem e devem ser aproveitadas como alternativa de suprimento de água potável nas regiões de escassez. No entanto, o manejo de seus efluentes deve ser planejado, fazendo-se mister implementar pesquisas quanto a utilização dos mesmos. Da continuidade dos estudos da evaporação solar dos efluentes, com vistas a minimizar os possíveis impactos ambientais, observou-se que a exceção dos tipos de sais, encontrados, os processos de evaporação do efluente e da água do mar, foram semelhantes no que se refere ao comportamento das concentrações porém, diferem quanto aos tipos e quantidades dos sais, pois estes são uma função do rejeito. Por outro lado, o crescimento da piscicultura, com base em raças de tilápias, tem obrigado os meios científicos a estudarem novas alternativas visando a melhoria do produto final, na busca pela qualidade e aceitabilidade pelo consumidor, fazendo parte desses estudos, técnicas de depuração do pescado vivo. Assim, foi proposto o emprego dos efluentes da dessalinização como meio líquido para criação de animais, não somente pelos benefícios que o processo trará ao meio ambiente, como também pela perspectiva de melhoria do produto final e por permitir a produção de alimentos com fins econômicos e/ou de subsistência no semi-árido brasileiro. Os resultados obtidos indicaram que as condições ecológicas do reservatório foram boas e, permitiram inclusive, a reprodução dos indivíduos. A execução das pesquisas contou com o apoio da EMBRAPA Semi-Árido, da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco FACEPE, da Companhia Pernambucana de Saneamento COMPESA Petrolina, do Banco do Nordeste do Brasil, do Ministério do Meio Ambiente, dos Recursos Hídricos e da Amazônia Legal M.M.A e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq. MATERIAIS E MÉTODOS PARTE I - Como não há metodologia para cristalização de sais de água salobras, seguimos a técnica de produção de sal marinho que baseia-se no Diagrama da Figura 1 e na Tabela de J. Usiglio (Queiroz, 1985) (Tabela 1), e na qual a água do mar é posta a evaporar e a medida que evapora, os sais se concentram e atingem seus pontos de saturação ou solubilidade, e precipitam-se um de cada vez de acordo com suas características químicas, ocorrendo a cristalização do CaCO 3 entre 7,0 16 graus Baumé ( o Bé), a do CaSO 4 entre 16-5 o Bé, a do NaCl entre 5 9 o Bé, a do MgSO 4 e MgCl entre 9 34 o Bé, e acima de 34 ocorre a cristalização do CaCl. A partir das características químicas do efluente que, através da confecção do Diagrama Colunar de Cederstron (Cederstron, 1964), indicaram a presença de sais magnesianos, sódicos e cálcicos, estimamos ocorrer o processo da seguinte forma: a água fica exposta ao sol em um tanque até atingir a concentração de ABES Trabalhos Técnicos

3 Ca CO 3 Ca SO 4 4 1º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 16 o Bé e precipitar o CaCO 3, e ser então transferida para um tanque seguinte; neste, a água permanece até os 5 o Bé precipitando o CaSO 4 e passa para um terceiro tanque, quando neste, dá-se a precipitação do NaCl até os 9 o Bé. Ao atingir os 9 o Bé, a água segue para um quarto tanque, e neste precipita o MgCl, até atingir 3 o Bé quando segue para um quinto tanque, onde permanece até 38 o Bé. Foram construídos cinco tanques em série com as seguintes dimensões: 5,0 x 4,0 x 0,5;,0 x,0 x 0,15;,0 x 1,0 x 0,15;,0 x 1,0 x 0,15 e 0,5 x 0,5 x 0,15. Em quatro repetições, foi exposto a evaporação um volume médio de 5,65 m 3 de efluente, sendo o processo de evaporação acompanhado medindo-se a evaporação em tanque Classe A e redução do volume nos tanques de cristalização, a cada variação de concentração ou graus Baumé. Utilizou-se o aerômetro de Baumé para medir a concentração em graus Baumé ( o Bé). A concentração dos sais dissolvidos no rejeito foi determinada analiticamente conforme metodologia do Standard Methods for the Examination of Water and Wastwater. A concentração inicial média do efluente foi de 0,5 o Bé e a densidade final foi de 38 o Bé Henrique Lage Salineira do Nordeste S/A Dados Estatísticos Volume a evaporar EVAPORAÇÃO CONCENTRAÇÃO CRISTALIZAÇÃO ÁGUAS MÃES Grau Baumé Na Cl Mg SO Mg Cl Na Br Figura 1 - Diagrama de evaporação da água do mar. Tabela 1 Tabela de Usiglio Concentração (g/l) dos sais contidos na água do mar e o volume de água a evaporar (L). (Tabela resumida) Densidade o Bé NaCl MgCl CaSO 4 MgSO 4 Volume 3,5 30,0 3,30 1,76 5, ,30 8,89 4,74 13, ,90 14,86 7,9 3, ,90,9 4,9 35, ,40 9,40,30 46, ,0 110,00 0,00 168,30 31 PARTE II - Com o objetivo de verificar as condições ecológicas do efluente como meio de cultivo de animais aquáticos, foi acondicionado 330 m 3 de efluente em um tanque construído escavado no solo com capacidade de 330 m 3 e revestido com geomembrana de PVC, cujas características técnicas encontram-se na Tabela, a fim de evitar contato do efluente com o solo. ABES Trabalhos Técnicos 3

4 Por ser uma espécie de água doce que adapta-se em água salgada, por sua cor vermelha que favorece no mercado além de uma carne de boa qualidade, foi escolhida a Tilápia koina (Oreochromis sp.) para cultivo. Foram colocadas 330 tilápias com peso médio de 3, g, por um período de cultivo de seis meses, durante o qual foram realizadas amostragens, para a contagem e pesagem dos indivíduos e posterior determinação da sobrevivência e engorda. Foi fornecido duas vezes ao dia, ração extrusada flutuante. No tanque dos peixes foram medidos diariamente a temperatura, o ph e a condutividade elétrica do efluente. A temperatura foi medida duas vezes ao dia. Ao fim de seis meses, realizou-se a despesca. Tabela Principais características técnicas da geomembrana flexível de PVC. Características Unidade Método de ensaio Especificações Espessura mm 0,8 Variação de espessura % ASTM D /- 5 Peso específico g/cc ASTM D 79 1,0 1,35 Tensão de ruptura - mínimo Kg.cm Alongamento na ruptura mínimo % ASTM D Módulo a 100% alongamento - mínimo Kg.cm - Resistência ao rasgo mínimo Kg.cm -1 ASTM D Estabilidade dimensional máximo % ASTM D Perda de voláteis máximo % ASTM D 103 0,7 Resistência da solda em fábrica mínimo Kg.cm -1 ASTM D RESULTADOS E DISCUSSÕES PARTE I - Com uma evaporação média de 9,30 mm, medida em tanque Classe A e de 4, mm nos tanques de cristalização, obteve-se a evaporação total do volume médio de 5,65 m 3 de efluente, num período médio de 70 dias, conforme Tabela 3. Tabela 3 - Evaporação em Tanque Classe A(mm) e em Tanques de cristalização (mm) Faixas de Cristalização ( o Bé) 0, Repetições 1 Ev A Ev Tq Ev A Ev Tq Ev A Ev Tq Ev A Ev Tq Ev A Ev Tq 01 9,03 7, 10,9,6 8,86,0 1,74,0 11,71 5, 0 9,7 8,0 11,3 4,0 11,81,8 10,39,5 8,16,8 03 9,40 8,3 10,4 4,6 8,70 3,6 8,30 3,4 9,50,6 04 9,0 6,6 8,4 4,5 8,50 1,7 8,60 1,8 9,10,0 1 Ev A : Evaporação em Tanque Classe A(mm) Ev Tq : Evaporação em Tanques de cristalização (mm) Plotando os dados da evaporação média do Tanque Classe A e dos tanques de cristalização em função das faixas de cristalização, conforme Figura, observamos que a taxa de evaporação do efluente diminui a medida que o mesmo aumenta sua concentração, e que a velocidade de evaporação é maior até 0,5 o Bé, a partir da qual tende a manter-se estável. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 Evaporação (mm) , Faixas de Cristalização (Bé) Evaporação do Tanque Classe A Evaporação do Tanque de Cristalização Figura - Evaporação no Tanque Classe A e nos Tanques de Cristalização. A Figura 3 mostra o comportamento da evaporação dos efluentes, para a média das quatro repetições em função do volume a evaporar (m 3 ) versus a concentração do efluente ( o Bé). Observa-se que o processo de evaporação ocorreu mais rapidamente entre 0,5 e 6,0 o Bé, isto é o maior volume de efluente evaporou-se na primeira faixa, diminuindo entre 6,0 e 10,0 o Bé tendendo a constância a partir deste ponto, diferindo da água do mar que só tende a constância a partir dos 5 o Bé. 6 5,5 5 4,5 4 Volume a evaporar (m3) 3,5 3,5 1,5 1 0,5 0 0,5 5 7,5 10 1, ,5 0,5 5 7,5 30 3, ,5 40 Graus Baumé Figura 3 Comportamento do volume a evaporar (m 3 ) versus a concentração do efluente em graus Baumé( o Bé). Os principais sais contidos no efluente foram o cloreto de sódio (NaCl), o cloreto de magnésio (MgCl ) e cloreto de cálcio (CaCl ), estando o sulfato de cálcio (CaSO 4 ) e o sulfato de magnésio (MgSO 4 ) presentes em pequenas concentrações. Observando-se os dados da Tabela 4, que mostra a concentração dos sais dissolvidos no efluente, durante a evaporação e comparando com os dados da Tabela de Usiglio, observamos que a exceção dos tipos de sais encontrados, o processo foi semelhante ao da água do mar, no que se refere ao comportamento da variação da grandeza das concentrações porém, diferem quanto aos tipos e quantidades dos sais, pois estes são uma função do rejeito. ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Tabela 4 - Concentração (g/l) dos sais dissolvidos no efluente e o volume de efluente (L) durante a evaporação. Densidade o Bé NaCl MgCl CaCl Volume a evaporar (L) 0,5,3,4-5650,0 1 7,43 5,87 3,9 4010,0 5 4,64,6 5,36 850, ,35 45, 1,34 60, ,00 61,88 13,67 140,0 0 13,43 80,9 19,17 84,0 5 10,5 149,94 33,17 81,5 30 3,69 59,4 73,40 65,5 35 8,48 35,4 83,16 5,0 A cristalização seletiva dos sais, apresenta potencialidade de ser implantada a curto prazo. Uma das perspectivas é o estudo da utilização dos sais cristalizados seletivamente, tanto para o setor humano e animal, como no industrial. PARTE II Os valores médios de temperatura, condutividade elétrica, ph e graus Baumé do efluente durante o período de cultivo da tilápia, foram 5,40 o C, 11,38dS/m, 8,11 e 0,74 o Bé, respectivamente. A temperatura às 09:00h oscilou entre 4,9 e 6 o C e às 15:00h, entre 7,33 e 9,5 o C. A condutividade elétrica oscilou entre 9,46 e 1,7dS.m -1 ; o ph entre 7,86 e a densidade entre 0,5 e 1,83 o Bé. Foi observado que os picos nos valores da temperatura, condutividade elétrica, ph e graus Baumé, ocorreram nos meses considerados quentes na região, isto é dezembro, janeiro e fevereiro. De acordo com a Tabela 5, após os seis meses a sobrevivência foi de 91,50%, valor este dentro dos padrões normais de cultivo (cerca de 85%), indicando que as condições ecológicas do reservatório foram boas e, permitiram inclusive, a reprodução dos indivíduos. Observamos também, que além de condições permissíveis de vida, houve ganho de peso dos indivíduos e que, este ganho só não foi maior devido não ter sido realizada renovação do efluente nos tanques, durante o cultivo. Recomenda-se a colocação de aeradores para atenuar possíveis elevações de temperatura, além da renovação de 10% do volume total de efluente dos tanques, por semana, como formas de melhorar o desempenho do cultivo. Tabela 5 Desempenho do cultivo da Tilápia koina (Oreochromis sp.) no efluente. OPERAÇÃO DATA PESO MÉDIO (W g) SOBREVIVÊNCIA(%) Estocagem* 5/04 3,0 100,00 Amostragem 5/05 14,86 100,00 Amostragem 9/06 30,64 96,40 Amostragem 9/07 66,88 97,50 Amostragem 03/09 135,15 97,50 Amostragem 13/10 146,57 91,50 Despesca 14/11 76,73 90,0 * (Taxa de estocagem 1,0 ind/m 3 ) O cultivo de tilápias vermelhas, do gênero Oreochromis, traz como consequência positiva a alta qualidade do pescado com relação ao sabor e à aparência do peixe, a possibilidade de ofertar alimento de valor nutritivo às populações do semi-árido, sendo uma alternativa com grandes potencialidades de viabilidade econômica, cuja escala de exploração depende do potencial de produção de rejeito por dia. Diretrizes para o condicionamento dos rejeitos visando a preservação ambiental são necessárias e o sistema integrado é uma alternativa que viabiliza o reuso não só pelos aspectos ambientais como também pela 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 possibilidade de se desenvolver atividades comunitárias com o propósito de obter retorno financeiro das mesmas, contribuindo para o desenvolvimento sócio-econômico da região semi-árida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AFHA. American Public Health Association Standard Methods for the Examination of Water and. Wastewater. 16 th. Ed. American Public Health Ass. Washington, Amorim, M.C.C.; Silva Júnior, L.G.A.; Porto, E, R. Efeito de Sais no Solo Provenientes de Rejeitos da dessalinização por Osmose Inversa no Semi-Árido Pernambucano. Trabalho Apresentado no XXVI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola; de 1 a 5 de Julho/97 Campina Grande-PB. 4. Amorim, M.C.C.; Porto, E.R.; Silva Júnior, L.G.A.; Evaporação solar como alternativa de reuso dos efluentes da dessalinização por osmose inversa. Trabalho aprovado para apresentação oral no XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental; de 03 a 08 de Dezembro/00 Porto Alegre-RS. 5. CEDESTRON, D. J. Águas Subterrâneas: uma introdução. Centro de Publicações Técnicas da Aliança, Rio de Janeiro, Queiroz, G. P., Lavagem do sal bruto, Revista de Química Industrial, n. 634, p.36-37, fevereiro, Usiglio, J., Analyse de l eau de la Mediterraneé sur les côtes de France, Ann. Chem., p.9 107; , ABES Trabalhos Técnicos 7