GB ECO Solutions. especialista em soluções ambientais para um PLANETA SUSTENTÁVEL. Sistemas de Remediação (Solo-Ar-Água) Tratamento de Efluentes (ETE)

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1 GB ECO Solutions especialista em soluções ambientais para um PLANETA SUSTENTÁVEL GB ECO Solutions Cotia/SP Sistemas de Remediação (Solo-Ar-Água) Tratamento de Efluentes (ETE) Tratamento de Reuso de Água Cinza Reuso e Aproveitamento de Água da Chuva Energia Solar

2 GB ECO Solutions especialista em soluções ambientais para um PLANETA SUSTENTÁVEL A GB Eco Solutions oferece soluções ambientais, que visam a preservação, reparação, recuperação e melhor utilização de nossos recursos naturais. Empresas sustentáveis, tomam medidas em prol do meio ambiente, seja na preservação do nosso solo, no combate ao desperdício da água ou contra a poluição do ar, contudo não podemos deixar de nos preocupar com a viabilidade econômica dos projetos. Pensando nisso, a GB Eco Solutions oferece as melhores soluções para tornar o seu negócio mais sustentável. GB ECO Solutions info@gb-ecosolutions.com.br Cotia/SP A GB Eco Solutions foi fundada em 2010, inicialmente voltada exclusivamente para a área de remediação e revitalização de áreas contaminadas (solo e água subterrânea). No ano seguinte iniciou seu trabalho com estações de tratamento e reuso de água e esgoto, seguido pela implantação do setor de eficiência energética (energia solar). A GB Eco Solutions possui a Certificação ISO 9001:2008.

3 SUMÁRIO Uso adequado da água 04 Sistema AQUALOOP 05 Características 06 Componentes 07 Planejamento e Dimensionamento 11 Exemplos 19 Observações 21 Membranas C-MEM AQUALOOP 22 GB ECO Solutions info@gb-ecosolutions.com.br Cotia/SP

4 USO ADEQUADO DA ÁGUA Uma das formas mais eficientes de reutilização da água é o tratamento de água cinza (água residual de processos domésticos como lavar louça, roupa, tomar banho e condensado de aparelhos de ar condicionado) que corresponde a algo em torno de 50% do esgoto residencial. Uma vez tratada corretamente, pode ser utilizada em: lavagem de roupas, pisos e calçadas, irrigação e descarga de vasos sanitários. Novos hábitos permitem a preservação da água e redução nos gastos mensais. Pensando nisso e através de parceria com grandes empresas europeias, a GB Eco Solutions oferece a Estação de Tratamento de Água AQUALOOP para sua empresa ou residência. Consumo de água por pessoa. 4

5 Sistema AQUALOOP O AQUALOOP utiliza sistemas de pré-tratamento com biofilme e grades, além do tratamento terciário com membranas C-MEM de ultra filtração, que asseguram a qualidade da água. Trata-se de membranas contendo tubos de fibras ocas com paredes de porosidade igual a 0,2 microns que somente deixam passar componentes dissolvidos como sais, mas bloqueia vírus e bactérias com segurança. Os testes realizados em laboratório confirmam que a estação atende a legislação de água de reuso para aplicações nos padrões de classe 1 e 2 da NBR 13969/ Reuso urbano não potável: Lavagem de pisos, calçadas e irrigação dos jardins, manutenção dos lagos e canais para fins paisagísticos, descarga de vasos sanitários e máquinas de lavar roupas. 5

6 Sistema AQUALOOP - Características: O Sistema AQUALOOP é sistema). modular e pode ser montado de forma simples conforme a vazão (refere-se ao número de usuários do VAZÃO DE ÁGUA O Sistema AQUALOOP pode ser equipado com até seis membranas de ultra filtração e diversos tipos de sopradores, de acordo com a vazão necessária. Estações de membranas múltiplas podem ser usadas em paralelo para vazões maiores. A instalação de estações múltiplas de membrana garante a alta confiabilidade de abastecimento em sistemas comerciais. 6

7 Sistema AQUALOOP - Componentes: Os componentes modulares do AQUALOOP pode ser facilmente instalado na maioria dos tipos de tanques de armazenamento e reduzir significativamente o consumo de água. Abaixo descrevemos os principais componente do Sistema AQUALOOP: Pré Filtro Corpos de Preenchimento Estação para Membrana c/ Sistema de Controle Membrana Soprador 7

8 Sistema AQUALOOP - Componentes: PRÉ FILTRO E TRATAMENTO BIOLÓGICO Esta é a etapa inicial do processo de tratamento onde o pré filtro é utilizado para a melhoria da qualidade da água desde sua entrada no tanque de coleta. Pré Filtro Após esta etapa, os Corpos de Preenchimento entram em ação realizando o tratamento biológico da água. Porém esta etapa somente será necessária se a água estiver com grandes índices de contaminação. Em aplicações de abastecimento de água de poço ou de nascentes com pouca contaminação, esta etapa não será necessária. Corpos de Preenchimento em ação. Corpos de Preenchimento 8

9 Flexibilidade da estação ESTAÇÃO DE REUSO DE ÁGUA CINZA Sistema AQUALOOP Componentes: ESTAÇÃO DE MEMBRANA AUTOMATIZADA A estação de membrana automatizada AQUALOOP é instalada dentro do tanque de filtração e inclui uma plataforma para montagem das membranas. Nesta estação estão integradas também a bomba de filtração e de retro lavagem, o tanque de retro lavagem e a conexão do soprador. Sistema de Controle Esta estação é flexível e pode receber até seis membranas C-MEM, dependendo do volume de água a ser tratada. Em casos especiais, podem ser utilizadas várias estações de tratamento em paralelo. Cada estação de membrana AQUALOOP tem um sistema de controle e monitoramento da operação totalmente automático das bombas e soprador. 9

10 Sistema AQUALOOP - Componentes: MEMBRANAS C-MEM As membranas de tecnologia patenteada AQUALOOP C-MEM é a base do processo de tratamento da água. Consiste em um conjunto de fibras ocas especiais, que foram desenvolvidas para reter as bactérias e vírus com eficiência e eficácia. As membranas C-MEM melhoram significativamente a qualidade da água sem a necessidade de aditivos químicos como o cloro, que são comprovadamente prejudiciais à saúde humana. O sistema de tratamento AQUALOOP tem uma vida útil de até 10 anos com um mínimo de manutenção. Descreveremos com maiores detalhes as membranas C-MEM mais a frente. TANQUE Tanto o pré-filtro, como a estação AQUALOOP podem ser instalados em qualquer tipo de tanque e cisternas existentes em ambientes internos ou externos, o que pode facilitar e baratear a instalação. SOPRADOR O soprador executa simultaneamente a limpeza das membranas e o abastecimento de oxigênio do reator biológico. 10

11 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento PARÂMETROS PARA DIMENSIONAMENTO Premissas utilizadas para a definição dos componentes necessárias ao sistema. I - PRODUÇÃO ÁGUA CINZA Produção/Pessoa dia Min Máx Ducha, Banheira e Lavabo 40 L 66 L Máquina de lavar roupa 13 L 47 L TOTAL 53 L 113 L II - CONSUMO ÁGUA REUSO Consumo/Pessoa dia Min Máx Toalete 25 L (média) 14,4 L Máquina de lavar roupa 13 L 47 L Limpeza 5 L - Irrigação 5L 35 L TOTAL 48 L 96,4 L III - PRODUÇÃO ÁGUA CINZA DQO mg/l DBO mg/l = 187,5 N 0,7 48 mg/l (Água cinza da lavadora de roupas) 11

12 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE LEITO MÓVEL DE BIOFILME Enquanto para ao dimensionamento de sistemas de lodo ativado a relação DBO 5 /kg TS*d é da maior relevância, em leitos fixos é a carga da área máxima que é usada para a sua definição. Esta é calculada do total de contaminantes por dia no efluente bruto (= g DBO ou DQO/dia) e a área total de corpos de crescimento de Biofilme (DBO ou DQO/2m² dia). Em estações de pequeno porte deve haver um fator de segurança de <0,004kg DBO 5 /m²*d, em geral o valor do DQO é o dobro do DBO, o fator de segurança é definido como 0,008 kg DQO/m²*dia. Em paralelo com a metabolização do DBO deve ser considerado a nitrificação de Amônio NH4 para Nitrato NO2, para a definição da demanda de ar do sistema (água cinza com 10 mgn/l demanda o triplo de oxigênio 30 mg/l). A carga orgânica na água cinza não é homogênea durante o dia, o processo deve ter tempo suficiente para metabolizar os contaminantes (tempo de retenção >2horas). Durante este tempo não deve haver a retirada de água para evitar o aumento do valor de DBO. 12

13 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento VOLUME CORPOS DE CRESCIMENTO DE BIOFILME DEFINIÇÃO DA CARGA ORGÂNICA DIÁRIA Concentração no efluente bruto: Volume de água diária: =>Carga orgânica diária: 187,5 mg/l DBO 210 L 187,5 mg/l * 210 L = mg = 39 g/d = 0,039 kg DBO/d DEFINIÇÃO DE ÁREA DO BIOFILME Carga máxima da área: < 0,004 kg DBO/m²*d => Área necessária: 0,039 kg DBO/d / 0,004 kg DBO/m²*d = 9,75 m² DEFINIÇÃO DO VOLUME DOS CORPOS DE CRESCIMENTO DE BIOFILME Superfície específica dos corpos de crescimento de Biolfilme: =>Volume total corpos de crescimento de Biofilme: 30 Litro 320m²/m³ 9,75 m²/320m²/m³ 13

14 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento DEFINIÇÃO DA DEMANDA DE OXIGÊNIO Valor escolhido de DBO para o cálculo da demanda de oxigênio: = 188 mg/l (do DBO) + 10 mg/l x 3 (demanda para nitrificação) = 218 mg/l Outros parâmetros a considerar para o dimensionamento da demanda de oxigênio: Temperatura Dados analíticos do efluente bruto Profundidade do tanque Área das membranas DEFINIÇÃO DA DEMANDA DE OXIGÊNIO Densidade do ar 1293 Kg/m² Volume água cinza/ pessoa dia 53 l/pes.*d Parte O2 23% %massa Carga DBO 187,5 mgdbo/l Parte O2 no ar 0,29739 Kg o2m² O2-Bedarf 1,2 kg O2/ kg DBO Água Cinza Carga DBO Demanda de O2 Com eficiência de 1% Demanda de ar por dia Quantidade de pessoas l/d Kg DBO/d mgdbo/min mgo2/min m³ar /min l ar/min l/ar min l/ar min m³ ar/ dia , ,6 33,1 0, ,111 11, , , ,2 66,3 0, ,223 22, ,1 Exemplo demanda de ar: residência com 4 pessoas. =>Demanda de ar conforme exemplo página anterior: 12 L/min 14

15 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento SOPRADOR A injeção de ar é feita por sopradores, que tem as seguintes funções: Limpeza da membrana (>30 Litro/min / Membrana) Limpeza dos corpos de crescimento de Biofilme no leito (>30 Litros / min/30 Litros corpos de crescimento de Biofilme) Abastecimento com oxigênio (vê definições da demanda de oxigênio) Exemplo: Residência com 4 pessoas =>Demanda de ar: 12 l/min x 60 min x 24 h = 17,3 m³ 1 Membrana 30 L corpos de crescimento de Biofilme Soprador 45 Litros/Minuto, 47 W Dimensionamento ciclo aeração: 5 min areação, 10 min Pausa 20 min/h x 24 horas = 8 h / dia = 480 min/dia 480 min / dia x 45 l/min = l = 21,6 m³ 17,3 m³ 8 h / dia x 47 W = 0,376 kwh/d Energia/m³ água cinza: 0,376 kwh/0,212 m³ água cinza = 1,774 kwh/ m³ água cinza Objetivo 2 kwh/m³ (!) 15

16 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento DEMANDA DE ENERGIA Para o tratamento de água cinza, dependendo do processo usado, o consumo de energia pode chegar a 5 kwh/m³. O processo de membranas não deve passar de 3kWh/m³. Volume de água diária: 200 l/dia Tempo de filtração: 4 h/dia Pressão de filtração da bomba de sucção: 0,2 bar Vazão específica de filtração da membrana para água cinza: 50 l/m2hbar Vazão por hora = 200 l/dia / 4 h /dia = 50 l/h Área mínima de membrana = 50 l/m2hbar / 50 l/h / 0,2 bar = 5 m² ÁREA DE MEMBRANA Com a vazão específica para água cinza em membranas e o tempo diário de filtração, o dimensionamento da área de filtração da membrana pode ser feita: Devem ser incluso um fator de segurança por módulo: 50l/m²hbar 0,25 bar x 6m²x1/60h = 1,25 l/min 6 min x (2 à 5) x 4 volume de retro lavagem = l/dia 16

17 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento VOLUME DO TANQUE Em sistemas com efluentes brutos abaixo de 25mgDBO/l não precisa dimensionar o tanque para o tratamento biológico somente para acomodar as membranas. Reuso de água cinza definição volume do reator e tanque de água de reuso: Em sistemas com tratamento biológico da água cinza (25 mg/l < DBO < 200 mg/l), cada tanque deve obrigar o volume de água esperada de um dia. O cálculo da demanda de água de reuso diário depende do prédio, das fontes de água cinza (duchas, lavabo ) e a quantidade de usuários máxima. O volume diário de água cinza (AC) pode ser calculado pelos volumes parciais dos diversos fontes de água cinza. Cálculo referencial produção água cinza: Residência: 4 pessoas (P) Fontes de água cinza: Ducha, banheira, lavabo e lavadora de roupas. QAC = [200 P x 25 L/P*d]Ducha + [200 P x 12 L/P*d]Banheira + (200 P x 3 L/P*d)lavabo + [200 P x 13 L/P*d] lavadora QAC = 53 l/d/p *200 = l/dia Q AC = Q ACi + Q ACj + Q ACn Q ACn = Volume Água Cinza x Usuários (L/d) =>Volume Reator: > L =>Volume tanque água de reuso: > L 17

18 Sistema AQUALOOP - Planejamento e Dimensionamento EFICIÊNCIA O grau máximo de eficiência da estação está na relação de Produção de Água Cinza X Demanda de água de reuso. Cálculo referencial de produção de água de reuso (AR): Objeto: Prédio com 200 pessoas Consumidores: Vaso sanitário, máquina de lava roupa, irrigação Q AR = (200P x 25 L/P*d) Vaso + (200P x 13 L/P*d) máquina l.roupa + (200P x 10 L/P*d) limpeza e irrigação Q AR = l/d Eficiência Q AC / Q AR = L/d / 9.600L/d = 1,1 COMPARAÇÃO PRODUÇÃO / DEMANDA DE ÁGUA CINZA ANUAL Q AC,360d = 360 d x L/d = L Q AR,360d =360 d x L/d = L A eficiência de uso anual para um prédio de 200 habitantes é na média 1,1. Se o grau é muito acima de 1, fonte mais sujas de água cinza não serão usadas. Isto diminui os intervalos de manutenção e aumenta a vida útil da estação. Se a eficiência é abaixo de 1 devem ser retirados alguns consumidores ou inclusos o reuso de água de chuva para equilibrar a relação. Variações temporárias podem ser supridas com água da rede A produção diária de água cinza não é regular durante o dia, mas está sujeita à variações grandes. Segue a tabela com a distribuição: INTERVALO PERCENTUAL DO VOLUME DIÁRIO % 6 à 9h 30 9 à 12h à 18h 0 18 à 20h à 23h à 6h 0 18

19 Sistema AQUALOOP Exemplos de Instalação para Unidades de Reuso de 5 a 192 pessoas INSTALAÇÃO PARA 5 A 6 PESSOAS INSTALAÇÃO PARA 48 PESSOAS 19

20 Sistema AQUALOOP Exemplos de Instalação para Unidades de Reuso de 5 a 192 pessoas INSTALAÇÃO PARA 192 PESSOAS INSTALAÇÃO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA DE POÇO RESPECTIVAMENTE RIO COM UMA VAZÃO DE 8M 3 /DIA 20

21 Sistema AQUALOOP OBSERVAÇÕES A GB Eco Solutions reserva-se o direito de melhoramentos técnicos; Os tamanhos e parâmetros apresentados podem sofrer modificações em casos de desvios graves da composição do efluente. Antes da assinatura do pedido de compras, os parâmetros do projeto devem ser confirmados pelocliente; Todos os nomes de fornecedores ou equipamentos utilizados, servem apenas como referência e podem ser modificados durante o projeto dependendo de sua especificação; O C-MEM é uma aplicação específica de fibras orgânicas de ultra e micro filtração de água e efluentes e seus métodos estão protegidos por patentes internacionais. 21

22 Conhecendo um pouco mais sobre as MEMBRANAS C-MEM AQUALOOP 22

23 Sistema AQUALOOP - MEMBRANA C-MEM SISTEMA C-MEM O princípio básico do sistema de filtração é o uso de membranas de fibra oca com poros microscópios, que retém vírus e bactérias. Fibras ocas em operação de fora para dentro Exemplo típico de fibra-oca As fibras têm um diâmetro externo menor que 1 mm ( mm de acordo com a aplicação). 23

24 Sistema AQUALOOP - MEMBRANA C-MEM SISTEMA C-MEM Para conseguir área suficiente e índices de fluxo constantes, centenas de fibras (de 1 a 3 metros de comprimento), são combinadas em paralelo formando feixes e enrolados em volta de um suporte, dentro de um cartucho de pvc. Cartucho C-MEM com suporte para apoiar os feixes de membrana de fibra oca,com entrada de ar (verde) e água filtrada (azul) O cartucho tem uma conexão de sucção para água filtrada (azul) e uma de ar comprimida para limpeza (verde), que possibilita a limpeza das fibras na superfície simultaneamente, durante a operação normal. Em torno de 64 cartuchos são combinados num modulo, com conexões de ar e água limpa e são interligados á tubulações de serviço e válvulas. Módulos de cartuchos C-MEM com conexões de ar e água (azul) Cartuchos C-MEM Em plantas maiores, os módulos são agrupados em conjuntos para aperfeiçoar a operação, as conexões, a água limpa, ar de limpeza e limpeza química. 24

25 Sistema AQUALOOP - MEMBRANA C-MEM SISTEMA C-MEM Os módulos são submersos em um tanque de filtragem onde a água bruta passa pelo sistema C-MEM. C-MEM com vários módulos instalados A pressão típica transmembrana é de mbar para operação normal e chega a conseguir vazões de até 150 l/m 2.h (dependendo da qualidade do efluente). Arranjo típico de um módulo 25

26 Sistema AQUALOOP MEMBRANA C-MEM OPERAÇÃO Através da pressão negativa da bomba de sucção a membrana produz água limpa passando pelas fibras ocas, em uma operação de fora para dentro. Periodicamente o sistema de limpeza de ar irá prever que as fibras entopem e vão prorrogar o modo operativo do módulo ou de um grupo de módulos. Uma vez que a capacidade operacional do módulo respectivamente grupo de módulos chegou a um nível mínimo aceitável, a retro lavagem com água e a limpeza com ar comprimido limpará as membranas entupidas no modo de dentro para fora. Anualmente o escalamento das membranas deve ser removido com limpeza química. A limpeza química acontecerá no modo de dentro para fora enquanto o resto das membranas podem continuar a operação. Módulos podem ser realocados para dentro do tanque de limpeza química para este propósito ou podem ficar dentro do tanque de filtração. 26

27 Sistema AQUALOOP - MEMBRANA C-MEM CONTROLE A operação completa da planta é controlada via CLP, os ciclos de retro lavagem e lavagem com ar são programados e podem ser operados pelo sistema de automação. O modem de comunicação para assistência é providenciado, mas requer uma linha telefônica estável no local. SIMPLICIDADE OPERACIONAL Em comparação com sistemas convencionais de desinfecção, o sistema C-MEM simplifica a operação no dia a dia. A filtração e retirada de bactéria / vírus são executados com segurança em um processo com o mesmo equipamento. Nenhuma operação potencialmente perigosa como o de uso de cloro líquido em quantidade maior ou qualquer componente de mecânica fina são envolvidos no processo. A membrana de filtração tem alta durabilidade (cinco anos dependendo da operação) e a substituição é realizada de forma simples e baratas, se necessária. CUSTO OPERACIONAL O sistema C-MEM oferece custos operacionais excepcionalmente baixos. 1. Bombas do permeado, bombas de retro lavagem e sopradores serão equipados com inversores, com intuito de diminuir o gasto energético durante variações de fluxo. 2. As bombas e sopradores serão fornecidos com motores classe EFF1 e os sistemas de aeração são de bolha fina. 3. Os ciclos de aeração das membranas são muito curtos, permitindo que o soprador sirva para a aeração do tanque. 4. Durante a limpeza os materiais químicos irão trabalhar melhor porque são injetados dentro do espaço confinado do cartucho. Assim sendo a diluição do material químico será evitado e a quantidade, em comparação com outros modelos de membrana, menor. 27

28 Sistema AQUALOOP MEMBRANA C-MEM TESTE DE INTEGRIDADE Oferecemos um teste de integridade para identificar vazamentos no sistema de membranas durante a operação, sem a necessidade de desmontar o sistema. Este item inclui a medição de turbidez e queda de pressão. Todas as partes do sistema C-MEM são de baixos custos e podem ser trocados com facilidade sem a necessidade da retirada dos módulos. COMPARAÇÃO ENTRE SISTEMAS DE DESINFECÇÃO E FILTRAÇÃO A desinfecção e filtração convencional consistem em filtros de areia e/ou outros meios seguidas por uma unidade e desinfecção com agentes apropriados (cloro, dióxido de cloro, soluções de hipocloride, UV ou Ozônio). As seguintes diferenças gerais da membrana C-MEM são importantes: Filtração de areia normalmente não permite o tamanho dos sólidos menores de 5-10 mícron. Filtros C-MEM tem tamanhos de poros de 0.05 mícron para remover bactéria e vírus; Bactéria e vírus não são seguramente retidos em filtros de meios. Isto é especialmente verdade no caso de parasitas como as giárdias ou os cistos criptosporidias; Desinfecção com qualquer desinfetante não remove organismos, somente desativa-os. O efeito depende na quantidade do desinfetante usado, a qualidade da filtração aplicada, o tempo de retenção disponível para a oxidação e a existência ou não de outros elementos que competem entre si; O sistema C-MEM remove completamente bactéria até um nível 10 4 a 10 7 vezes a redução, independentemente do tipo de forma de vida do organismo; C-MEM não produz metabolitos e odores da desinfecção e remove eficientemente o parâmetro TCO (Total carbono orgânico) em 60%, numa operação totalmente automática, baixa demanda de manutenção. 28

29 Sistema AQUALOOP - MEMBRANA C-MEM COMPARAÇÃO ENTRE SISTEMAS DE FILTRAÇÃO POR MEMBRANA Sistemas de filtração por membrana podem ser classificados: De acordo com o material usado (Orgânico, inorgânico), Se eles são externos (em tubos de pressão) ou totalmente submerso e Do modo de operação como dentro para fora, fora para dentro, fluxo cruzado, etc. C-MEM é classificado como fibra oca orgânica em operação de fora para dentro, que oferece as seguintes vantagens a outros sistemas submersas: As fibras do C-MEM são protegidas em cartuchos e não são sujeitos às falhas mecânicas abruptas; Os cartuchos C-MEM permitem vazões maiores e protegem as fibras de frequentes entupimentos com o sistema de limpeza com ar comprimido; Outros sistemas de fibra submersos usam arranjes longitudinais das fibras em taques de processos com aeração de bolha grossa por baixo para permitir a limpeza externa. Nesta configuração, o efeito de limpeza é ineficiente e o consume de energia alta. Fibras C-MEM e cartuchos permitem uma distribuição mais igualitária das pressões e fluxos aplicados, pois operam num regime de diferencial de pressão hidrostática baixa (somente 40mbar comparado as pressões diferenciais de até 200mbar em outros sistemas); O módulo C-MEM reduz a necessidade de espaço significadamente para o sistema completo; 29

30 GB ECO Solutions especialista em soluções ambientais para um PLANETA SUSTENTÁVEL Sistemas de Remediação (Solo-Ar-Água) Tratamento de Efluentes (ETE) Reuso de Água Cinza Reuso e Aproveitamento de Água da Chuva Energia Solar GB ECO Solutions info@gb-ecosolutions.com.br