Utilização de Processos com Membranas no Reúso de Água Industrial

Transcrição

1 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 jpetrus@enq.ufsc.br

2 I V W ork shop sobre gestão e reúso de água na indústria Jurerê Beach Village Hotel - Florianópolis-SC Novembro-2008

3 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

4 Planeta Terra

5 Água disponível no planeta Diâmetro aproximado das gotas (Km): Gota maior: água total Gota média: água doce total Gota pequena: 56 água doce disponível

6 Consumo de água superficial

7 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.

8 Situações críticas por falta de água

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11 Indústrias de transformação Passado Presente

12 Fábrica de celulose e papel

13 Consumo médio de água na indústria de celulose Ano (fábrica nova) m 3 /tproduto Redução de praticamente 1 ciclo logarítmico (10 vezes) o consumo de água

14 A degradação dos recursos hídricos devido a exploração desmedida é uma constante ameaça ao meio ambiente.

15 Estima-se que somente 36% do efluente sanitário e industrial gerado hoje no Brasil seja tratado.

16 Reúso de água

17 Uso de membranas no reúso de água industrial

18 Mercado Mundial para os Processos com Membranas 18,0 16,0 Bilhões US$ 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Ano Osmose inversa, ultrafiltração e microfiltração

19 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.

20 Separação com membranas - princípio da separação - Representação esquemática de um processo de separação por membranas

21 Configuração de escoamento em processos com membranas filtração estática e filtração tangencial - Filtração estática e filtração tangencial

22 Tipos de membranas/processos Pressão mecânica MF UF NF OI Sólidos suspensos Macromoléculas Íons multivalentes Íons monovalentes Água

23 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.

24 Detalhes de uma membrana espiral Tubo de permeado Anel de vedação Espaçador Condutor do permeado Suporte da membrana Membrana

25 Detalhes de uma membrana espiral

26 Membrana tubular Koch Membrane Systems

27 Membrana fibra-oca PAM Membranas Seletivas Ltda.

28 Módulos de membrana na configuração fibra-oca

29 Membranas cerâmicas tubulares

30 Princípio de funcionamento de uma unidade de filtração tangencial com membranas

31 Principais parâmetros de desempenho de uma unidade de membranas Fluxo de permeado (F): quantidade obtida de permeado em litros, por m 2 de membrana por hora (L m -2 h -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;

32 Unidades industriais de membranas

33 Unidade piloto de ultrafiltração

34 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

35 Unidade de microfiltração

36 Unidade de microfiltração

37 Unidade de microfiltração/ultrafiltração

38 Sistema de ultrafiltração

39 Aplicação de Membranas no reúso de água

40 Unidades de osmose inversa Dessalinização de água

41 Planta dessalinizadora de Llobregat

42 Alguns dados sobre a Planta dessalinizadora de Llobregat Investimento da ordem de: 230 milhões de euros Capacidade: metros cúbicos de água potável/dia Salinidade da água do mar: 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.

43 UNIDADE REGAP Unidades-piloto de membranas: Implantadas e avaliadas na REGAP/Petrobras

44 PETROBRAS Unidades piloto de processos avançados de tratamento de águas e efluentes 15 unidades-piloto automatizadas

45 Tratamento e reúso de água nas plataformas de petróleo (offshore)

46 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

47 Remoção de sulfato da água do mar

48 Membranas na reutilização de efluentes industriais Petrobras/Brasil Vicunha (indústria têxtil Fortaleza

49 Unidade industrial de microfiltração utilizada no tratamento terciário de efluentes (Cortesia: PAM Membranas Seletivas Ltda)

50 Tratamento de efluente de indústria de pigmentos inorgânicos através de microfiltração DuPont Brasil Membranas de microfiltração (PAM Membranas) Permeado: NTU = 1,5 Efluente: NTU =735

51 Biorreator com membranas Configurações

52 AQUAPOLO Maior projeto de água de reúso do Hemisfério Sul. Abastecerá o Polo Petroquímico do ABC paulista, localizado em Mauá.

53 Projeto Aquapolo Módulos de membranas de fibra oca Área unitária m² para cada módulo Fonte: Koch Membranes

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55 Membranas submersas

56 Membranas submersas

57 Membranas submersas

58 Água de reúso da SABESP à partir do esgoto tratado

59 Limpeza das membranas após o uso

60 Limpeza em fluxo reverso (retrolavagem)

61 Programa de limpeza das membranas Pré-lavagem com água morna - 10 min. Solução alcalina + Hipoclorito a ph ~ 12 a 45 o C/30 min. Enxague com água morna ou fria até ph neutro. Solução ácida a ph ~ 2.0 a 45 o C/30 min. Enxague com água morna ou fria até ph neutro.

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63 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 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.