Dessalinização uma análisetécnicae econômica. André Lermontov, D.Sc.

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1 Dessalinização uma análisetécnicae econômica André Lermontov, D.Sc.

2 Curriculum Autor: André Lermontov Doutor e mestre em Engenharia Química pela UFRJ; Gerente de Tecnologias do Grupo Águas do Brasil responsável pelo desenvolvimento de novas tecnologias e inovação; 14 anos de experiência na área de saneamento.

3 TRATAMENTO É uma operação ou conjunto de operações unitárias que visam beneficiar algo. No nosso negócio, tratar água significa: Remover as impurezas e adicionar produtos tal que fique própria para o consumo. Tratar esgoto sanitário significa: Remover as impurezastal que fique adequado para o retorno ao meio ambiente. Impureza = Sólidos

4 SÓLIDOS Sal / Metal Dissolvidos Açúcar Inorgânicos Sólidos Orgânicos Argila Suspensos Proteínas / M.O.

5 TRATAMENTO CONVENCIONAL Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Polímero Agente oxidante Correção de ph Fluoretação Desinfecção Filtração Alcalinizante Água final

6 TRATAMENTO CONVENCIONAL Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Polímero Agente oxidante Correção de ph Fluoretação Desinfecção Filtração Alcalinizante Água final

7 FILTRAÇÃO Definição: Processo de separação sólido-líquido utilizado para promover a remoção dos sólidos presentes na fase líquida.

8 TIPOS DE FILTRAÇÃO Filtração em meio granular Filtração em membrana

9 FILTRAÇÃO EM MEIO GRANULAR Com relação ao meio filtrante Ascendente Ascendente Areia ou Antracito Descendente Antracito Descendente Antracito Areia Areia Granada Camada simples Dupla camada Tripla camada

10 TAMANHO RELATIVO DE ALGUNS MATERIAIS

11 SÓLIDOS Diâmetro de poro - mícron (1 micron = 0,001 mm = 0,0001 cm) Diâmetro do poro em filtros granulares convencionais: mícron

12 FAIXAS DE FILTRAÇÃO Micro Filtração 10 um 100 nm Ultra Filtração nm Nano Filtração 10-1 nm Osmose Reversa < 1 nm giardia crypto bacteria colóides virus cor dureza pesticidas sais colóides virus; cor dureza pesticidas sais; água cor,dureza pesticidas sais água sais água água

13 FAIXAS DE FILTRAÇÃO Micro Filtração 10 um 100 nm Ultra Filtração nm Nano Filtração 10-1 nm Osmose Reversa < 1 nm Pressão de Trabalho < 2 bar 1-10 bar 5-35 bar bar 1 bar = 10,2 m.c.a.

14 DESSALINIZAÇÃO No século 17, marinheiros Japoneses já ferviam água do mar, recuperando o destilado em canos de bambú, para produzir água potável nas suas embarcações. As primeiras unidades industriais colocadas em operação foram na Ilha de Malta em 1881 e em Jeddahna ArabiaSaudita em Esta tecnologia passou somente a partir de 1960 a ser utilizada em larga escala para produção de água potável. O Kwaitfoi o primeiro país a investir nesta tecnologia para produzir água potável em grande escala.

15 EVOLUÇÃO HISTÓRICA Atualmente, a capacidade instalada para gerar água potável através da tecnologia de dessalinização ao redor do mundo é de aproximadamente l/s espalhadas por mais de plantas.

16 TECNOLOGIAS EXISTENTES As tecnologias mais empregas são: Destilação Térmica e Osmose Reversa. Cenário Mundial Osmose Reversa Destilação Térmica Multiestágio Eletrodiálise Compressão por Vapor Destilação Multiplos Efeitos Outros EUA 70 % RO Oriente Médio 87 % MSF

17 DESTILAÇÃO TÉRMICA A tecnologia da Destilação Térmica Multiestágio se resume em ferver a água, condensar e recuperar os vapores desprendidos em vários estágios sucessivos. É a tecnologia adotada pelos paises detentores de grandes reservas de petróleo matriz energética para ferver a água a ser tratada (88 % da despesa de operação) Trata-se da tecnologia mais cara existente, pois a operação é diretamente dependente do preço do barril do petróleo. É aproximadamente 3 a 4 vezes mais onerosa do que a tecnologia de membranas.

18 OSMOSE REVERSA Osmose reversa consiste em forçar a passagem de um líquido concentrado através de uma membrana semi permeável, a qual vai segurar íons, sais, microrganismos, dependendo da permeabilidade da membrana, tendo como resultado um líquido puro.

19 CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS EM FUNÇÃO DOS SAIS CONAMA 357/05: Água doce: Salinidade 0,5 g/l de SDT Água salobra: Salinidade 0,5-30 g/l de SDT Água salgada: Salinidade 30 g/l de SDT SDT Sólidos Dissolvídos Totais

20 SALINIDADE DOS OCEANOS Salinidade dos Oceanos Oceano Pacífico Oceano Atlântico Mar Vermelho Golfo Pérsico Mar Morto g/l g/l g/l g/l 280 g/l

21 A MEMBRANA DE OSMOSE REVERSA A membrana é uma barreira semi permeável composta de polímeros de acetato de celulose ou poliamida

22 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO Sólidos Dissolvidos Macromoléculas ÁGUA

23 SUPERFICIE DA MEMBRANA ALIMENTAÇÃO DESCARTE (Rejeito) Intl PERMEADO

24 VIDEO ILUSTRATIVO

25 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO Alimentação Permeado Membrana Rejeito Permeado

26 MEMBRANA ESPIRAL Alimentação Tubo de coleta perfurado Suporte Permeado / Saída Escoamento transversal Suporte p/ permeado Tampa e espaçador do by pass Permeado escoa espiralmente de encontro ao tubo de coleta Concentrado Membranas Espaçador de canal

27 ELEMENTO FILTRANTE ESPELHO ADAPTADOR INTERCONECTOR PERMEADO ALIMENTACAO CARTUCHO COM MEMBRANA CONCENTRADO

28 SISTEMA DE OSMOSE REVERSA 75% de Recuperação 90% de Rejeição Alimentação Permeado 100 l/s 100 mg/l 75 l/s 10 mg/l 25 l/s 390 mg/l Rejeito

29 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

30 DIAGRAMA DE FLUXO PERMEADO ALIMENTAÇÃO 1 o Estágio 2 o Estágio CONCENTRADO (REJEITO)

31 DIAGRAMA DE FLUXO 50 l/s 75 l/s 100 l/s ALIMENTAÇÃO 50 l/s 25 l/s PERMEADO 75% RECUPERAÇÃO 1 o Estágio 2 o Estágio 25 l/s CONCENTRADO (REJEITO)

32 DIAGRAMA DE FLUXO 50 l/s 75 l/s 13 mg/l 100 l/s 100 mg/l ALIMENTAÇÃO 50 l/s 10 mg/l 200 mg/l 25 l/s PERMEADO 20 mg/l 75% RECUPERAÇÃO 1 o Estágio 2 o Estágio 400 mg/l 25 l/s CONCENTRADO (REJEITO)

33 PADRÃO DAS CORRENTES Parâmetros Alimentação (mg/l) Concentrado (mg/l) Permeado (mg/l) NH K Na Mg Ca Sr Ba CO HCO Cl F SO SiO B CO TDS ph

34 FLUXO COMPLETO

35 FLUXO COMPLETO

36 FLUXO COMPLETO

37 INVESTIMENTOS l/s l/s l/s

38 CUSTOS DE OPERAÇÃO UPC Custo de Produção Unitário ($/m³) = Soma do custo de capital amortizado (20 anos) e do custos de operação

39 FLUXO COMPLETO

40 FLUXO COMPLETO

41 RATEIO DAS DESPESAS

42 SIMULAÇÃO REAL

43 SIMULAÇÃO REAL Detalhes do sistema de O.I.para a vazão de permeado de L/s

44 SIMULAÇÃO REAL Demandas de área de membrana e potência total para as diferentes capacidades avaliadas Capacidade (L/s) Número de módulos Vasos de pressão Potência total requerida (kwh)

45 SIMULAÇÃO REAL Custos unitários dos vasos de pressão e módulos instalados no sistema de O.R. 1 US$ = 1,771 R$ Item Custo instalado (US$) Custo no país (R$) Módulos (SW40HR) 580, ,00 Vaso de pressão (7 elementos) 1.500, ,00

46 SIMULAÇÃO REAL Custos totais dos vasos de pressão e módulos no sistema de O.R. Capacidade (L/s) Número de módulos Número de vasos de pressão Custo total dos módulos (R$) Custo total dos vasos de pressão (R$) , , , , , , , , , , , , , ,00

47 SIMULAÇÃO REAL

48 SIMULAÇÃO REAL Contribuição dos diversos componentes no custo de investimento total em uma planta de dessalinização (Fonte: DesalData.com) Item Capacidade (L/s) Captação 11% 11% 11% 11% 12% 12% 12% 12% Bombas 8% 8% 8% 8% 9% 9% 9% 9% Projeto e pessoal 11% 11% 9% 9% 9% 9% 9% 9% Tubulações 12% 12% 13% 13% 11% 11% 11% 11% Vasos de pressão 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% Instalação e serviços 7% 7% 7% 7% 7% 7% 7% 7% Membranas 5% 5% 5% 5% 4% 4% 4% 4% Construção civil 14% 14% 15% 15% 16% 16% 16% 16% Equipamentos e materiais 20% 20% 20% 20% 19% 19% 19% 19% Jurídico e pessoal 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% Pré-tratamento (MF/UF) 9% 9% 9% 9% 9% 9% 9% 9%

49 SIMULAÇÃO REAL Estimativa da área requerida para a planta de dessalinização e custo do terreno considerando R$ 200,00 por m². Capacidade (L/s) Área para toda a planta (m 2 ) Área para o sistema de O.I. (m 2 ) Custo do terreno (R$) , , , , , , ,15

50 SIMULAÇÃO REAL

51 SIMULAÇÃO REAL Custo da Energia em função da capacidade da planta de dessalinização. Para esta estimativa, os valores calculados para o sistema de O.R.(2,41 kwh/m3) foram utilizados. Considerou-se que a demanda de energia no sistema de osmose corresponde a 60% de toda a energia consumida na planta, equivalente a 4,0 kwh/m3. Desta forma, utilizado o custo da energia em R$ 0,34/kWh, pode-se estimar o custo total da energia. Considerou-se 365 dias e 24 horas por dia. Capacidade (L/s) Potencia total (kwh) Custo total com energia (R$/ano) , , , , , , ,00

52 SIMULAÇÃO REAL Custo com pessoal para a operação da planta de dessalinização. Capacidade (L/s) Custo mensal (R$) Custo pessoal (R$/ano) , , , , , , , , , , , , , ,72

53 SIMULAÇÃO REAL Custo de reposição das membranas. Capacidade (L/s) Reposição de membranas de O.I. (R$) Reposição de membranas de MF/UF (R$) Custo total para reposição de membranas (R$/ano) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,20

54 SIMULAÇÃO REAL Custo operacional da água produzida L R$/ano , , , , , , ,84 m³/ano R$/m³ 1,75 1,70 1,68 1,67 1,69 1,68 1,67

55 André Lermontov, D.Sc.