PROCESSOS DE DESSALINIZAÇÃO

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1 PROCESSOS DE DESSALINIZAÇÃO III Hydrovolcanic-2017 Angra do Heroísmo e Praia da Vitória - Açores 3, 4, 5 e 6 de Setembro de 2017 João de Quinhones Levy (joao.levy@tecnico.ulisboa.pt) (jlevy@ecoservicos.pt) 1

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3 DISPONIBILIDADES DE ÁGUA NO PLANETA 97% é salgada (> mg l -1 de Sais (85% cloreto sódio) 2% - Calotes e Glaciares 3% é doce 0,3% - Atmosfera 0,1% - Rios e lagos 0,4% 0,6% - Água subterrânea 50% a mais de 800 m 3

4 Água do Mar Água para consumo Origem Processo de Dessalinização Produto Água Salobra Salmoura Destino Repetir Processo Aterro Origem (mar) Processo de dessalinização 4

5 PRINCIPAIS PRODUTORES DE ÁGUA DESSALINIZADA NO MUNDO (2006) País Produção (10 3 m 3 d -1 ) Quota Mundial (%) Arábia Saudita ,3 EUA ,7 Emiratos Árabes ,2 Kuwait ,2 Espanha ,8 Japão 945 3,6 Líbia 701 2,7 Itália 581 2,2 5

6 Região Investimento (10^6 usd) Membranas Térmico Total Operação (10^6usd) América Ásia Mediterrâneo Golfo e Mar Vermelho TOTAL Mercado da dessalinização (2006) 6

7 Mercado da dessalinização (m3/d) (2015) 7

8 Mercado da dessalinização ($) 8

9 Mercado por países (2007/16) 9

10 Mercado Chinês 10

11 Ashkelon Equipada com módulos de osmose inversa, tem capacidade anual de 108*10 6 m 3 (2006) 11

12 Dessalinizadora de Sorek (150 milhões de m3/ano)

13 CONSUMOS ENERGÉTICOS NA DESSALINIZAÇÃO Década de 50: 1 Kg de vapor - 3,3 Kg água Início Anos 70: 20 kwh m -3 Finais Anos 80: 10 kwh m -3 ; 1 Kg de vapor 8,6 Kg água Década de 2000: 5 kwh m -3 (Térmicos) 3,5 kwh m -3 (OI) Actualmente: 4,5 kwh m -3 (Térmicos) 3-3,5 kwh m -3 (OI) 13

14 PROCESSOS DE DESSALINIZAÇÃO 14

15 Tecnologia térmica: Destilação solar; Transformação em várias fases; Destilação de múltiplo efeito; Compressão de vapor. 15

16 Destilação Solar: Processo muito utilizado em locais quentes (Médio Oriente e Norte de África). É necessária a construção de tanques de grandes dimensões, cobertos com vidro ou outro material translúcido. 16

17 Destilação Solar: Funcionamento: A luz solar atravessa o vidro, evaporando a água do líquido, os vapores condensam-se na parte interior do vidro, transformando-se novamente em água no estado líquido, que escorre para um sistema de recolha. 17

18 Cobertura translúcida Energia Solar no processo de dessalinização Água Doce Água salgada 18

19 Compressor Vapor gerado Condensador Dessalinização solar Água Salgada Água Destilada 19

20 Transformação em várias fases: Neste processo são necessários vários evaporadores com pressões diferentes. O vapor que se forma sobe para a parte superior (condensador) e arrefece sobre uma série de tubos através dos quais circula a salmoura, que passa para outro compartimento e assim sucessivamente até que o processo termine. 20

21 Condensador Água do mar Vapor Condensado Salmoura Evaporação Multietapa (transformação em várias fases) Água tratada 21

22 Destilação de múltiplo efeito: Processo que consiste em evaporar a água do mar em várias etapas. Na primeira etapa é necessário recorrer a energia externa. Nas etapas seguintes dáse o aproveitamento do calor resultante da condensação do vapor. 22

23 Destilação de múltiplo efeito: Este processo é semelhante ao da transformação em várias fases, mas utiliza o princípio de redução da pressão ambiente nas várias etapas à medida que a temperatura vai decrescendo. 23

24 Destilação de múltiplo efeito 24

25 Compressão de vapor: O calor necessário para a evaporação da água é proveniente maioritariamente do calor resultante da compressão do vapor, também pode vir das trocas directas de calor do vapor. 25

26 Compressão de vapor: Este processo distingue-se da evaporação multietapa porque utiliza um compressor para aumentar a temperatura a que se submete a água para que esta evapore. Geralmente é utilizado em unidades de dessalinização de reduzidas dimensões. 26

27 Motor Compressor Concentrado para evaporação Entrada de água salgada Água tratada Bomba de recirculação Compressão de vapor 27

28 PROCESSOS DE MEMBRANAS 28

29 Tecnologia de membranas: Osmose inversa; Electrodiálise. 29

30 Unidade de dessalinização de Porto Santo (1979) 30

31 p > p Concentração alta Fluxo solvente Concentração baixa Processo de osmose inversa 31

32 Operações de Membranas com Gradiente de Pressão Partículas em suspensão Microfiltração (MF) Ultrafiltração (UF) Nanofiltração (NF) Osmose Inversa (OI) Macromoléculas Açúcares e Pequenos Solutos Orgânicos Sais divalentes Ácidos dissociados Sais monovalentes Ácidos indissociados Água Escolha do processo de membranas indicado para a água do mar (Minhalma,L e Geraldes, V. 2005) 32

33 Dessalinização por osmose inversa 33

34 Dessalinização por osmose inversa 34

35 Módulos enrolados em espiral (Pereira, N. 2004) 35

36 Osmose Inversa: Baseia-se no efeito da pressão numa solução salina sobre uma membrana semipermeável, com poros microscópicos através da qual a água passa e os sais, microrganismos e outras impurezas ficam retidos. 36

37 Processo de osmose inversa utilizando um sistema de recuperação de energia convencional 37

38 RECUPERADOR DE ENERGIA 38

39 Custo com e sem recuperador 39

40 Electrodiálise: Processo de separação electroquímico em que os iões são transferidos sobre membranas selectivas de iões por meio de uma tensão. 40

41 Electrodiálise: Por vezes a água tratada é misturada com a água que está a entrar pela primeira vez no processo de tratamento, para assim melhor o rendimento deste processo de tratamento. O único inconveniente deste processo é o seu custo, superior aos restantes processos de dessalinização. 41

42 Membranas selectivas Água salgada Aniões Catiões Dessalinização por electrodiálise Rejeitado Produto Final 42

43 Outras tecnologias: Desmineralização da troca de iões; Congelamento; Absorção; Desionização capacitiva. 43

44 Desmineralização por troca de iões: Pode ser utilizado para remover todos os iões dissolvidos na água. Os iões com cargas positivas são trocados para iões de hidrogénio e iões de carga negativa são trocados para iões de hidróxido. Os iões de hidrogénio e hidróxido formam moléculas de água. Este processo é utilizado essencialmente em unidades industriais. 44

45 Congelamento: Quando se congela água obtém-se gelo puro, sem sal. Então, através do congelamento e posterior descongelamento da água salgada, pode-se obter água doce, fazendo a separação dos sais e da água recorrendo a processos mecânicos. 45

46 Dessalinização por congelamento 46

47 Absorção: Utilização de um material higroscópio, que é mantido frio durante a absorção pela troca de calor com o gelo que esta a derreter. O calor é aplicado ao material higroscópio, conduzindo off water como vapor. O material higroscópio está de novo pronto a ser reutilizado. 47

48 Desionização capacitiva : Baseia-se na utilização de uma substância chamada carbon aerogel, que é altamente porosa e um sólido extremamente leve, muitas vezes chamado fumo congelado. 48

49 SELECÇÃO DO PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO Processo de tratamento; Capacidade da estação; Qualidade da água a montante; Operação e manutenção; Custo da energia; Factores ambientais; Tipo de captação; Financiamento e amortização. 49

50 Custo de tratamento da água por dessalinização (AWWA, 2004) 50

51 Custo de produção de água para diferentes tecnologias de dessalinização (Minhalma, L. e Geraldes, V. 2005) 51

52 Dimensão (m 3 dia -1 ) Água do Mar ( m -3 dia -1 ) Água Salobra ( m -3 dia -1 ) < > < > Custo de Investimento em função da produção e do tipo de água (Juan, J. 2001) 52

53 Custo médio de investimento por metro cúbico (Latorre, M. 2004) 53

54 12% 8% 10% 70% Energia Pessoal Produtos Químicos Membranas Distribuição dos custos de exploração, 2008 (OI) Custo de exploração Dados de 2016 apontam para custos de energia de 40 a 50% 54

55 Consumo energético 10 8 KWh/m Ano Consumo energético na dessalinização de água salgada (OI) (Latorre, M. 2004) 55

56 Tipo de Custo Água do Mar Água Salobra Construção 20 % 10 % Equipamento 80 % 90 % Composição dos custos de uma unidade de dessalinização (Juan, J. 2001) 56

57 CUSTO DE UMA DESSALINIZADORA 57

58 Processo Custo ( m -3 ) MSF 1,06 1,16 Médio Oriente MSF 1,5 Kuwait Central Dessalinizadora OI 1,39 OIA, Ilha de Santorini, Grécia (550 m 3 dia -1 ) OI 0,76 Ilha Mykonos (1200 m 3 /d) OI 0,89 Ilha Syros, Grécia (2000 m 3 dia -1 ) OI 1,18 Malta ( m 3 dia -1 ) OI 0,78 Limassol, Chipre ( m 3 dia -1 ) OI 0,79 Nicosia, Chipre ( m 3 dia -1 ) OI 0,81 Lanarca, Chipre ( m 3 dia -1 ) OI 0,54 Israel ( m 3 dia -1 ) OI 0,53 Espanha ( m 3 dia -1 ) Nota: MSF Evaporação Multi Flash OI Osmose Inversa Custo do metro cúbico de água dessalinizada para osmose inversa e evaporação multi flash (Pereira, N. 2004) 58

59 CUSTO DE INSTALAÇÃO DE UMA DESSALINIZADORA Admitindo: Intervalo para custo de m 3 produzido por dia, Construção civil, 20%, amortizada em 20 anos Equipamentos, 80%, amortizados em 10 anos Será para uma central de 3000 m 3 d -1 : Custo total de instalação ( ): 2.400x10 3 a 4.500x10 3 Amortização do investimento: ( m -3 produzido): 0,25 a 0,47 CUSTO MÉDIO INSTALAÇÃO: 0,38 m -3 produzido 59

60 Custo da energia: 40 a 50% da exploração Consumo energético: 3,5 kwh m -3 Para 0,085 kwh -1, será: CUSTO DE EXPLORAÇÃO: 0,60 a 0,70 m -3 60

61 CUSTO TOTAL DA DESSALINIZAÇÃO 0,98 a 1,30 m -3 (1.000 a m 3 d -1 ) 61

62 Custo total m Ano Custos totais por metro cúbico de dessalinização de água salgada em Espanha (Latorre, M. 2004) 62

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65 ESTAÇÃO DE DESSALINIZAÇÃO DE PORTO SANTO 65

66 Dessalinizadora de Porto Santo 66

67 Dessalinizadora de Porto Santo 67

68 Galeria de captação 68

69 Pré-tratamento 69

70 Membranas 70

71 Campo de golfe de Porto Santo 71

72 Campo de golfe de Porto Santo 72

73 Evolução dos sistemas de abastecimento de água - prospectiva 73

74 CONFERÊNCIA DO RIO, 1992 Agenda 21 - Ponto 18.2: Apela-se a todos os Estados para implementarem actividades para melhorar a gestão integrada dos Recursos Hídricos entre as quais novas e alternativas fontes de abastecimento de água, tal como a dessalinização da água do mar e a reutilização e reciclagem das A. R. (Agenda 21 - Programa de acção global para o desenvolvimento sustentavel no sec.xxl ) 74

75 VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO (ÁGUA) Aglomerados 0,85 a 1,50 m -3 [120 a 200 m 3 ano -1 ] Empreendimentos Turísticos e Indústrias 1,70 m -3, médio [3.000 m 3 mês -1 ] 2,20 m -3, Algarve 75

76 VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO (AR e RU) Tarifa de Saneamento Progressiva (AR) Tarifa de RU função do consumo de água 76

77 ETAR Sistema regional de águas residuais 77

78 R ETAR R ETAR Sistemas descentralizados de tratamento de águas residuais 78

79 R Rede Primária ETA B C ETAR Abastecimento tradicional de água 79

80 R Redes Primária e Secundária ETA B R C ETAR B Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a jusante 80

81 R Redes Primária e Secundária C ETA B ETAR B Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a montante 81

82 R REDES PRIM. E SECUN. C ETA B ETAR B B DESSALINIZADORA Sistema de abastecimento de água com origens e fins múltiplos 82

83 EM SÍNTESE: A REUTILIZAÇÃO PODERÁ PERMITIR REDUZIR EM 1/3 OS VOLUMES DE ÁGUA DOCE CAPTADOS PARA FINS DOMÉSTICOS A DESSALINIZAÇÃO PODERÁ CONSTITUIR UM REFORÇO DOS ACTUAIS SISTEMAS E VIABILIZAR EMPREENDIMENTOS TURÍSTICOS E INDUSTRIAIS 83