Sistemas de osmose reversa para tratamento de água

16 Hydro Junho 2010 Especial Sistemas de osmose reversa para tratamento de água Roseli Bisterso, da Redação da Hydro Seja para dessalinização de água do mar ou para aplicações tradicionais como desmineralização de água salobra para make-up de caldeiras, torres de resfriamento e reúso em processos industriais, o mercado de osmose reversa está em franca expansão. Conheça algumas soluções hoje disponíveis no país e as novas tecnologias capazes de reduzir o custo do sistema, melhorar o desempenho e diminuir o consumo de energia. A exemplo de países como Estados Unidos, Japão e Arábia Saudita, que concentram as maiores receitas em termos de componentes e sistemas de osmose reversa, é certo que as empresas atuantes neste setor têm pela frente um celeiro de oportunidades no mercado interno. Alguns números dão a dimensão da importância desse mercado. Estudos realizados pela consultoria Mcllvaine, por exemplo, apontam um crescimento global de 50% no período entre 2008 e 2012. Em 2005, o mercado internacional de componentes e membranas de osmose reversa movimentou um total de US$ 1,9 bilhão. Já em 2009, houve um avanço de cerca de 37%, o que totalizou negócios da ordem de US$ 2,6 bilhões. Até 2014, as projeções são ainda mais otimistas, indicando a geração de receitas próximas a US$ 3,7 bilhões. E o Brasil, como se comporta neste cenário? Mercado em expansão e dessalinização Apesar da ausência de números consolidados do mercado interno, são os fornecedores de componentes e sistemas de osmose reversa o melhor termômetro do segmento. Para as empresas ouvidas nesta reportagem, trata-se de um setor em franca expansão, mas que avança em ritmo mais ou menos acelerado dependendo da necessidade e da disponibilidade de recursos hídricos local. Isso explica, por exemplo, o posicionamento estratégico da Degrémont para projetos de dessalinização de água do mar em nível global. Um deles foi implantado na região norte do Chile, na mineradora Minera Escondida, que recebeu um sistema de osmose reversa com vazão de 1800 m 3 /h de permeado. Outras duas plantas de grande porte foram instaladas nos Emirados Árabes, e em breve a cidade de Melbourne, na Austrália, deve ganhar um sistema de 450 mil m 3 /dia, ainda em fase de projeto pela Degrémont. Esse tema começa a deixar de ser um tabu no Brasil. Percebemos que existe um movimento de empresas dispostas a avaliar a possibilidade de abastecer suas instalações a partir de água do mar dessalinizada por sistemas de osmose reversa, avalia Antonio Sergio Hilsdorf, gerente técnico da Degrémont, empresa de origem francesa com escritó-

Hydro Junho 2010 17 US$ milhões Planta de 1800 m³/h implantada na Minera Escondida, no Chile, pela Degrémont 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1990 1995 2000 2005 2009 2014 Fonte: BCC Research Valor global de componentes de sistema de osmose reversa para tratamento de água (1990-2014, em milhões de dólares) rio em São Paulo e cerca de 15 plantas de osmose reversa instaladas no país. Na Centroprojekt, fornecedora de sistemas de tratamento e reúso de água e efluentes, de São Paulo, também cresce o interesse pelo tratamento de água do mar através de membranas de osmose reversa. Temos várias propostas em andamento, diz Luiz Moacir Alencar de Godoy, engenheiro de processo. Mais enfático, Fernando Ilha, diretor da Water Warehouse, empresa do Rio de Janeiro voltada à comercialização de componentes de sistemas de osmose reversa, avalia a adoção da tecnologia para dessalinização de água do mar como inevitável no Brasil. O abastecimento público nas cidades litorâneas vai entrar em colapso devido à contaminação dos mananciais, tornando o custo do tratamento convencional muito elevado em razão da grande necessidade de produtos químicos, afirma. Para Rubens Francisco, superintendente de tecnologias da Haztec- Aquamec, de São Paulo, a dessalinização pode ser atraente a longo prazo para as indústrias cujas instalações estejam localizadas ao longo do litoral brasileiro. Por enquanto, acredito que o reúso de água a partir de sistemas de osmose reversa seja economicamente mais viável para as indústrias, pondera. As maiores plantas de dessalinização estão instaladas na Ásia e Oriente Médio, além de Espanha e Austrália. Até mesmo na Arábia Saudita, onde as usinas térmicas de dessalinização por evaporação prevalecem, os sistemas de osmose reversa estão ganhando terreno por apresentarem melhor desempenho energético, observa José Carlos Mierzwa, professor associado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Poli-USP e coordenador de projetos do Cirra Centro Internacional de Referência em Reúso de Água. No Brasil, um dos exemplos mais notórios de aplicação das membranas de osmose para dessalinização da água do mar está no arquipélago de Fernando de Noronha, que já conta com um sistema com capacidade de 36 m³/h, mas insuficiente para atender à demanda de água na ilha. Por esse motivo, o equipamento terá sua capacidade acrescida em 14 m³/h, o que inclui a instalação de mais quatro vasos de pressão de 6 metros. A responsável pela ampliação do sistema é a Acquapura, empresa especializada na área de projetos e sistemas de dessalinização com sede em Recife, PE. Em breve, caberá à Petrobras a realização de sua maior planta de dessalinização já implantada no país, que terá lugar na nova refinaria Premium 2, a ser instalada em Caucaia, CE. A demanda estimada de água bruta da refinaria é da ordem de 3500 m 3 /h e que deve ter como fonte de abastecimento um açude com salinidade em torno de 400 mg/l. A companhia estuda a possibilidade do uso combinado de membranas de ultrafiltração e de osmose reversa para a dessalinização da água bruta em níveis de água industrial, em torno de 60 mg/l. Ainda não está definido se a posterior desmineralização de parte da água dessalinizada para geração de vapor será também via osmose reversa ou por resinas de troca iônica. Na percepção da norte-americana Dow, o mercado interno de osmose reversa se mostra aquecido, sem dúvida, mas ainda em aplicações tradicionais, como na desmineralização de água para caldeiras, torres de resfriamento e reúso em processos industriais. Em linhas gerais, o segmento cresceu de 15% a 20% ao ano entre 2003 e 2008, um desempenho bem acima daquele registrado pelas resinas de troca iônica, que avançou de 7% a 10% no mesmo período, diz Marcus Simionato, gerente de contas da divisão Dow Water & Process Solutions, com escritório em São Paulo. Segundo ele, a opção pela osmose reversa foi maior nos setores dotados de cogeração de energia, caso das siderúrgicas, petroquímicas, usinas de açúcar e álcool, e das indústrias têxteis e de papel e celulose. Para algumas empresas, a divisão do mercado de desmineralização entre troca iônica e osmose reversa tende a acabar com o tempo, com predominância das membranas. A Perenne, de São Paulo, por exemplo, fez um estudo comparativo entre os custos de implantação e operação de ambas as tecnologias, demonstrando que o

18 Hydro Junho 2010 Especial sistema de troca iônica tem um custo total cerca de 50% maior do que o de osmose reversa em cinco anos de operação. Por outro lado, o investimento inicial para o sistema de osmose reversa pode ser 50% superior. Mesmo assim, o custo total do sistema de osmose reversa é ultrapassado pelo do sistema de troca iônica em um intervalo de 10 meses, basicamente em função do preço dos produtos químicos utilizados durante a regeneração, afirma Daniel Brooke Peig, engenheiro da área de P&D da Perenne. Quem faz coro a essa mudança é a Siemens Water Technologies. As vendas de sistemas de osmose reversa cresceram 30% em todo o mundo porque a tendência é reduzir o impacto no meio ambiente causado pelo alto consumo de produtos químicos em sistemas de troca iônica, observa Marcelo Batista, gerente de vendas da Siemens Water Technologies. Para a Fluid Brasil, de Jundiaí, SP, a preferência pela osmose reversa é nítida. As resinas de troca iônica estão perdendo participação para as membranas, garante Francisco Faus, gerente comercial. Dessalinizador da Perenne Vantage M280, da Siemens: sistema duplo passo pode remover até 98% de sólidos inorgânicos Mais cauteloso, o diretor da Enfil, Juan Carlos Natali, defende o uso da osmose reversa apenas onde é necessário, o que significa, na opinião dele, o uso de membranas no tratamento de água com salinidade elevada (a Resolução Conama 357/2005 define como água salina aquela com salinidade igual ou superior a 30%). Do mesmo modo, o presidente da GE Water & Process Technologies (GE & PT), Tadeu Justi, propõe um equilíbrio com base nas concentrações de sais dissolvidos em ppm de CaCO 3 da água de alimentação ao optar por uma tecnologia de tratamento. Sugerimos que acima de 70 ppm as membranas são mais viáveis para o tratamento, diz. Sistemas de osmose reversa não podem ser vistos de forma isolada, eles têm seu nicho de mercado e também podem ser complementados com outras tecnologias, afirma. Importante destacar que a faixa limítrofe em termos de sais dissolvidos em ppm de CaCO 3 na verdade varia

Hydro Junho 2010 19 Tab. I Maiores plantas de dessalinização de água do mar através de sistemas de osmose reversa Local/Planta Capacidade Características (m 3 /d) Israel Ashkelon Desalination Plant Sidney, Austrália Kurnell Desalination Plant San Diego, Califórnia, EUA Carlsbad Desalination Project Cingapura Tuas Seawater Desalination Plant Chipre Larnaca Sewater Desalination Plant Gujarat, Índia UMPP Seawater Reverse Osmosis Plant Fonte: www.water-technology.net 330 mil - Considerada a maior planta do mundo em operação atualmente. Funciona desde 2006. - Custo do tratamento é de US$ 0,52/m 3 e a planta conta com sistema de recuperação de energia. - Produção equivalente de 5% a 6% do total de água consumido em Israel. - São 40 mil elementos de membrana divididos em 32 módulos. 250 mil - Volume de água é suficiente para suprir 15% do consumo diário de Sidney. Início da operação em 2010. - Sistema pode ser ampliado para produzir 500 mil m 3 /dia. - Mais de 36 mil membranas compõem o sistema. - A água tratada vai percorrer uma tubulação de 18 km até chegar ao sistema de abastecimento de água de Sidney. O bombeamento será feito por duas bombas de altíssima vazão, com capacidades de 4 mil e 8 mil m 3 /h. 189 mil - Em fase de construção, entra em operação em 2012. Produção equivale a 50 milhões de galões de água/dia, suficiente para abastecer 10% da população local (são 300 mil pessoas beneficiadas). 136 380 - Tem capacidade de suprir a demanda de água potável de 10% da população local. - Em funcionamento desde 2005, conta com turbinas Pelton acopladas à saída do sistema. O custo inicial do tratamento era de US$ 0,78/m 3, mas agora sai em média pela metade desse valor. - Tem sistema de osmose reversa de duplo passo para remoção de sais e boro. 64 mil - Em operação desde 2001, a planta ocupa 160 x 100 m. - Pré-tratamento consiste de dois tanques de floculação e 12 filtros multimídia (quartzo e antracito). - Custo do tratamento é de US$ 0,79/m 3 e o consumo de energia é de 3,4 kwh/m 3. 25 200 - Em fase de construção, entra em operação no final de 2012. - Água tratada vai abastecer o sistema de resfriamento da usina de energia UMPP. - Água do mar vai percorrer um canal de 6,5 km até chegar à planta de osmose reversa. bastante entre as empresas. Na Dow, por exemplo, concentrações entre 200 e 300 ppm são consideradas intermediárias e acima de 300 ppm já sinalizam claramente a opção pelas membranas, embora a empresa avalie mesmo assim os custos de aquisição e operação de ambas as tecnologias. Já na ProMinent, águas de alimentação com concentrações a partir de 120 mg/l de TDS sólidos dissolvidos totais indicam a opção pela osmose reversa. A empresa, de origem alemã, é especializada em sistemas de tratamento de água e dosagem de produtos químicos e sua planta fabril fica em São Bernardo do Campo, SP.

20 Hydro Junho 2010 Especial Entre os fatores impeditivos do crescimento do mercado de osmose reversa no país, o gerente da Siemens Water, Marcelo Batista, avalia que ainda existe uma certa resistência por conta dos inúmeros problemas de projeto e de dimensionamento no início da implementação da tecnologia. Opinião dividida por Mierzwa, da Poli. Segundo ele, a osmose reversa caiu em descrédito nos anos 70 devido a problemas de má operação. 2,5 Por se tratar de um equipamento sensível, é preciso que tenha manutenção cuidadosa 8 ou todo o investimento será perdido, diz. De acordo com 16 o professor, um dos erros mais comuns era permitir a passagem de sólidos não dissolvidos pelas membranas de osmose, que na verdade só podem lidar com sólidos Tab. II Membranas de osmose reversa e aplicações Diâmetro em Aplicações polegadas Sistemas de pequeno porte, como em laboratórios e hemodiálise (200 L/h em média) 4 Sistemas de potabilização de até 5 m 3 /h Fonte: Perenne Sistemas em escala industrial para vazões superiores a 5 m 3 /h (caldeiras, abastecimento público, água do mar e processos industriais) Novo diâmetro padronizado, tem uso promissor em plantas de grande porte de dessalinização de água do mar dissolvidos. Por causa das elevadas pressões, se tiver sólidos suspensos, Tab. III Fornecedores de componentes e sistemas de osmose reversa Aplicação Capacidade em m³/h Tipo de pré-tratamento fornecido Empresa Site Telefone de atendimento ao cliente Residencial Comercial Industrial Obras públicas Até 50 de 51 a 300 acima de 300 Filtro a carvão e areia Ultrafiltração Abrandador Dosagem química de ajuste de ph Outros (*) Fornece sistema completo Fornecedor de membrana 3M http://solutions.3m.com.br 0800-0132333 Dow Ambiental MS www.ambientalms.com.br (11) 3621-4333 Dow Bishén Ambiental www.bishenambiental.com.br (11) 5641-3540 Ion Exchange Centroprojekt do Brasil www.centroprojekt-brasil.com.br (11) 3556-1100 Dow, Hydranautics e Koch Degrémont www.degremont.fr (11) 2166-3600 Dow, GE, Hydranautics e Toray Dow Brasil www.dow.com/liquidseps/index.htm (11) 5188-9222 (A) Ecosan www.ecosan.com.br (11) 3468-3800 Dow e Hydranautics EP Engenharia www.epengenharia.com.br (11) 2463-7700 Koch Ergon www.ergonequipamentos.com.br (11) 3917-1888 Koch Fluid Brasil www.fluidbrasil.com.br (11) 3378-7500 Dow GE Betz do Brasil www.gewater.com (11) 2139-1111 GE Gehaka www.gehaka.com.br (11) 2165-1100 Dow e Hydranautics Haztec-Aquamec www.haztec.com.br (11) 3670-1800 Dow e Hydranautics Hidroquimica www.hquimica.com.br (27) 3328-2800 Dow Hydranautics www.hydranautics.com (11) 5641-3719 (B) Ideal San www.idealtrading.com.br (71) 3503-2755 não forneceu Ipabras www.ipabras.com.br (21) 2156-7980 Hydranautics Koch www.kochmembrane.com (11) 9615 5949 (C) MFSFlux www.mfsflux.com.br (11) 4123-9933 Dow Osmotec www.osmotec.com.br (16) 3721-4709 Dow Pentair www.pentair.com (11) 5184-1616 não forneceu Perenne www.perenne.com.br (11) 3546-1800 CSM e Toray Permution www.permution.com.br (41) 2117-2300 CSM, Dow e Vontron ProMinent www.prominent.com.br (11) 4361-0722 Dow, GE e Hydranautics Siemens www.siemens.com.br 0800-119484 não forneceu Vexer www.vexer.com.br (41) 3016-7288 Dow e Vontron Water Warehouse www.waterwarehouse.com.br (21) 2428-1823 Dow White Martins www.praxair.com/sa/br/bra.nsf (11) 3348-4805 Koch Yete www.yete.com.br (11) 5641-6001 Dow (*) Filtro multimídia, microfiltração, filtro cartucho, sanitização térmica, MBR (A) Empresa fabricante de membranas, também fornece resinas de troca iônica e módulos de ultrafiltração e eletrodeionização (B) Empresa fabricante de membranas, também fornece pré-tratamento com MBR (C) Empresa fabricante de membranas, também fornece vasos de pressão somente para elementos de 18

22 Hydro Junho 2010 Especial após duas ou três horas de uso, o sistema entra em colapso. Uma alternativa é o uso de membranas de micro e ultrafiltração no pré-tratamento, observa Mierzwa. Tendências e soluções Na avaliação de Justi, da GE & PT, é fato que as primeiras iniciativas de implantação de sistemas de osmose reversa no Brasil não funcionaram bem e deixaram o mercado apreensivo na época. Hoje a percepção é outra, de que se trata de uma tecnologia eficaz para o tratamento de água, avalia. A empresa de origem norte-americana é a única desse segmento a fabricar membranas e fornecer todos os componentes dos sistemas montados em skids com bombas de alta pressão, válvulas, instrumentos de ajuste e pai- remoção segura de matéria orgânica de caldeiras somente é possível atranel de controle. Além de serem usadas na desmineralização de água de processos, as membranas de osmose reversa vêm sendo usadas na indústria de bebidas para a concentração de sucos, garante Justi. Em sua unidade fabril localizada em Sorocaba, SP, são produzidos os sistemas da linha PRO, com vazões de 10 a 100 m 3 /h. As usinas de açúcar e álcool e as termoelétricas estão entre os setores com maior demanda, na avaliação da Siemens, mais especificamente em processos de alimentação de caldeiras de alta pressão (média de 20 kg/cm 2 ), que necessitam de água desmineralizada de altíssima qualidade para a geração de vapor, associados a tecnologias de eletrodeionização (EDI), os quais requerem controle de sílica, boro e condutividade em níveis baixíssimos. Segundo Batista, da Siemens Water, a O sistema de eletrodeionização da Gehaka produz até 2 mil L/h

Hydro Junho 2010 23 vés da osmose reversa. Em altas temperaturas, os orgânicos podem se transformar em ácidos orgânicos e automaticamente provocar a corrosão da caldeira, alerta. Apesar de existir uma preocupação crescente por parte da área Membranas espirais da GE Water Módulos de membranas de ultrafiltração Aquaflex, da Norit de utilidades das empresas, que é responsável pela operação de caldeiras e torres de resfriamento, ainda não tem sido dada toda a atenção devida à qualidade da água e nem do vapor produzido, uma vez que as indústrias estão mais focadas nas áreas de processos e produção, observa Simionato, da Dow. Segundo ele, sem o devido cuidado, o risco de formação de biofilme e de incrustação de cálcio e sílica (fouling e scaling) nas paredes da caldeira é grande o bastante para vitrificar e fragilizar sua estrutura. Uma das soluções da Dow para evitar esse problema são as membranas da linha FR (fouling resistance). A mais nova integrante da família é a BW30XFR-400/34i, feita de poliamida com 40 m 2 de área e dotada de espaçadores de 34 mil com geometria diferenciada (antes eram 28 mil), incrementando a resistência ao fouling orgânico e biológico. Simionato explica que as membranas com espaçadores de alimentação mais espessos operam com menos queda de pressão, o que resulta em menor pressão de alimentação e de consumo de energia. As membranas com espaçadores de alimentação mais espessos são menos propensas à incrustação especialmente em água de superfície ou fontes de alimentação mais desafiadoras, diz Simionato. A Perenne, que trabalha com a

24 Hydro Junho 2010 Especial Equipamento de osmose reversa instalado na Klabin, em Monte Alegre, PR, pela Enfil modalidade BOT built, operate and transfer, faz previsão de crescimento de 20% a 30% desta opção de serviço ao cliente nos próximos dois anos. O Brasil ainda será líder de mercado em sistemas de osmose reversa e novos fornecedores devem chegar em breve, afirma o engenheiro da Perenne. Quem já atua nesse mercado também não quer perder a oportunidade de incrementar seu portfólio, tanto que em razão do aumento da procura por sistemas de osmose reversa, a Water Warehouse, que até o início deste ano apenas comercializava componentes como vasos de pressão, membranas e periféricos, está introduzindo no mercado skids completos da PureGen, com capacidades de 200 L/h a 5 m 3 /h. Sistemas maiores poderão ser orçados mediante consulta, diz Ilha. Segundo ele, antes do fornecimento do equipamento, a empresa faz o perfil de partículas da água de alimentação através de testes próprios de SDI silt density index, um indicador de densidade de partículas coloidais bastante útil para mostrar a qualidade da água. Valores de SDI abaixo de 3 são os mais requeridos pelos fornecedores. Na ProMinent, o carro-chefe em sistemas de osmose reversa é a linha Dulcosmose. Os equipamentos têm capacidades de 100 L/h a 100 m 3 /h e são empregados principalmente no tratamento de água de processos das indústrias de bebidas e alimentícia, e da água de alimentação de caldeiras de alta pressão e de torres de resfriamento. Um dos destaques dos sistemas fornecidos pela ProMinent são os microprocessadores dedicados para o controle da operação. Integrados ou não a um PLC controlador lógico programável, os equipamentos permitem o monitoramento de parâmetros causadores de incrustação, formação de biofilme e necessidade de realização de limpeza química das membranas. Também trabalhamos com taxas de filtração diferentes para cada tipo de água de alimentação, diminuindo o estresse na superfície da membrana, garante Marcelo Ferreira, gerente de produto. Já na Ipabras, empresa do Rio de Janeiro fornecedora de sistemas de tratamento de água, especialmente por osmose reversa, filtração e ozônio, quem ganha terreno são os sistemas de osmose de duplo passo. Nesta configuração, a água do primeiro alimenta o segundo, fazendo com que a água sofra uma dupla dessalinização. Segundo Carlos Eduardo Lomazzi, engenheiro da Ipabras, a tecnologia vem se firmando como uma tendência principalmente entre as empresas que possuem sistemas simples. Muitas delas estão migrando para a osmose de duplo passo, com a vantagem de assegurar dupla barreira bacteriológica e viral no tratamento da água, garante. Os sistemas fornecidos têm produção a partir de 250 L/h, mas podem ser configurados em versões maiores conforme a necessidade. Prova do dinamismo do setor, na Gehaka, de São Paulo, a aposta é pela

Hydro Junho 2010 25 Sistema HighPure, da Pentair: vazão de 1800 a 12240 GPD substituição do modelo de osmose de duplo passo pela configuração de um passo seguido de eletrodeionização (EDI) em aplicações em que a remoção de sais deve ser absoluta, como na fabricação de medicamentos. Como a osmose reversa não pode concentrar até 100% e tem nível de rejeição médio de 95%, essa diferença pode ser removida com a EDI, com a vantagem de ser uma tecnologia limpa, observa Eduardo Per Horn, gerente de produtos. A empresa fornece sistemas de desmineralização de pequeno e médio porte para laboratórios e processos industriais, com ênfase no setor farmacêutico. Segundo Horn, em 2009 foram comercializados mais de 700 equipamentos de pequeno porte. Todas as vendas ficam atreladas a um programa de garantia que inclui instalação, manutenção corretiva e preventiva dos equipamentos. Pré-tratamento: etapa crítica Para garantir a qualidade da água que vai abastecer processos delicados como na indústria eletrônica, ou atender pacientes que necessitam de hemodiálise, por exemplo, os fornecedores de

26 Hydro Junho 2010 Especial sistemas e componente de osmose reversa se esforçam em aprimorar cada etapa do tratamento. É consenso entre as empresas do setor de que o pré-tratamento representa a fase mais crítica, ou seja, aquela que pode por tudo a perder se for mal executada. A vantagem de investir em um bom sistema de pré-tratamento está diretamente relacionada ao aumento da vida útil das membranas, que deixam de apresentar entupimentos prematuros e, consequentemente, de passar por limpezas químicas frequentes, sem perda de capacidade de absorção. A obstrução dos poros não vai afetar a qualidade da água, mas vai forçar o funcionamento das bombas e, com o aumento da pressurização, a membrana acaba rompendo, diz Peig, da Perenne. A recuperação fixada nos sistemas de osmose reversa fica em torno de 75% em média, justamente para evitar a saturação e incrustação de sais na superfície da membrana. Vale ressaltar que a cada ano de operação as membranas têm um declínio esperado de desempenho, que pode variar conforme o tipo de água de alimentação do sistema. Naqueles com circulação de água de reúso, por exemplo, a perda da capacidade de absorção chega a 10% ao ano. Em geral, as empresas garantem tempo médio de vida útil de dois anos para os sistemas e membranas de osmose reversa. Como alternativa de elevar a vida útil das membranas e também o desempenho do sistema, a opção é partir para o uso de módulos de micro e Centroprojekt: água desmineralizada alimenta caldeiras da Rhodia, em Paulínia, SP ultrafiltração no pré-tratamento. O sistema integrado de módulos de ultrafiltração no pré-tratamento permite dobrar a vida útil das membranas de osmose reversa, observa Simionato, da Dow. A empresa possui oito plantas em operação nesse padrão de fornecimento no Estado de São Paulo,

Hydro Junho 2010 27 instaladas em indústrias de bebidas, produtos químicos e de açúcar e álcool. Assim, antes de entrar no sistema de osmose reversa, o afluente sai da ultrafiltração com índice de turbidez inferior a 0,2 NTU e SDI < 2. Além de aumentar a vida útil do equipamento de osmose reversa, o sistema de prétratamento com ultrafiltração é mais compacto e chega a ocupar menos de ¼ do espaço usado pelos sistemas convencionais de pré-tratamento, segundo Roberto Freire, diretor geral da Norit no Brasil, empresa de origem holandesa fabricante de membranas de ultrafiltração. Por se tratar de uma barreira física, as membranas de ultrafiltração sempre vão bloquear a passagem de sólidos suspensos e garantir a mesma qualidade da água, diz Freire. No começo deste ano, a empresa lançou um modelo mais robusto de membrana de ultrafiltração, indicado para lidar com águas com alto teor de sólidos e que reduz pela metade a quantidade de produtos químicos no sistema, de acordo com a Norit. Trata-se da AquaFlex, disponível com espessuras de 0,8 mm para concentrações de sólidos de até 100 mg/l, e de 1,5 mm para concentrações de até 200 mg/l. A taxa de recuperação é elevada, ficando entre 90% e 98%, afirma Freire. A redução de custos dos sistemas de ultrafiltração é outro fator que tem tornado a tecnologia mais atraente. Comparado com cinco anos atrás, o preço de um equipamento está hoje até 20 vezes menor, observa o gerente da Gehaka. Precedidos dos tradicionais filtros de areia e carvão, que têm a importante função de reter cloro e matéria orgânica, e também do abrandador, responsável pela redução de dureza, os sistemas de osmose reversa podem ser turbinados com tecnologias mais eficientes. Como opção à substituição do filtro de areia ou do tipo multicamadas, por exemplo, a Water Warehouse oferece o Nextsand (zeólito). Trata-se de um mineral à base de clinoliptolita com potencial de adsorver partículas de 5 a 3 µ, um desempenho bem superior aos filtros de areia (50 e 40 µ) e aos multicamadas (até 20 µ). O produto não remove metais pesados e tem vida útil de três anos em média. No combate à deposição química de partículas (scaling) nas membranas, a Indeco, empresa de consultoria e projetos de conservação de água e energia de Sorocaba, SP, dispõe da tecnologia Zeta Rod, que se baseia no uso de eletrodos cerâmicos

28 Hydro Junho 2010 Especial Osmose reversa na Petrobras Nenhum elemento se faz mais presente em uma refinaria de petróleo do que a água. Ela responde pelo funcionamento de turbinas para o acionamento de máquinas e pelo aquecimento/resfriamento do processo produtivo. Além disso, o processamento de cada metro cúbico de petróleo consome cerca de igual volume de água. E justamente por assumir inúmeras funções, a água também deve ter características distintas para suprir as mais variadas aplicações. Na Petrobras, a reposição de água de alimentação de caldeiras para geração de vapor a partir do uso de água desmineralizada e polida vem se tornando tão importante quanto a água tratada (clarificada ou filtrada) empregada tradicionalmente na reposição das torres de resfriamento. Recentemente, algumas refinarias localizadas no Estado de São Paulo ampliaram sua capacidade de produção de água desmineralizada através de equipamentos de osmose reversa. Por exemplo, na Revap, em São José dos Campos, são dois trens em operação, cada um dimensionado para produzir até 75 m 3 /h. Em breve, mais quatro trens serão incorporados ao existente, cada um com capacidade de 100 m 3 /h, dando à refinaria autonomia de produção de quase 600 m 3 /h de água desmineralizada. A finalidade principal do sistema é tratar água bruta e parte do efluente tratado para produzir água de alimentação de caldeiras, explica Carlos Kayano, engenheiro químico e consultor da Revap. Também estão sendo implantados novos sistemas de desmineralização por osmose reversa na produção de água para geração de vapor de alta pressão na Recap (100 m 3 /h), em Mauá, e na Replan (220 m 3 /h), em Paulínia. Esta última já possui um equipamento de 170 m 3 /h. De acordo com João Pattaro, técnico de operação da Petrobras, outras duas unidades de osmose reversa estão sendo incorporadas na Replan, aumentando a capacidade total do sistema para 390 m 3 /h. Embora a produção de água desmineralizada a partir de membranas seja uma opção na Petrobras, há ressalvas quanto ao emprego da tecnologia. Em condições normais, a osmose reversa só é em princípio considerada a opção mais recomendada tecnicamente para salinidades a partir de 300 mg/l. Em faixas inferiores, consideramos como melhor opção técnica as resinas de troca iônica, observa Pedro Maciel, engenheiro químico e consultor na área de projetos de tratamento de águas em unidades operacionais on-shore. Segundo ele, as águas captadas frequentemente têm salinidade da ordem de 60 mg/l. Nesse caso, a desmineralização por resinas parece a melhor escolha, inclusive em razão da menor recuperação (maior perda global de água) no caso de se usar a osmose reversa em níveis baixos de salinidade, complementa José Scofield, também engenheiro químico e consultor da mesma equipe de Maciel. Atualmente, o grande nicho potencial de aplicação das membranas de osmose reversa encontra espaço na dessalinização em correntes de maior salinidade, como no reúso de efluentes finais salinos e purgas de torres de Refinaria Replan terá autonomia de 600 m³/h de água desmineralizada resfriamento. No entanto, a opção de dessalinização de purgas com baixa carga orgânica parece ser mais viável para a osmose reversa do que a do efluente final salino, que sempre tem carga orgânica residual, pondera Eduardo Torres, engenheiro químico e consultor de projetos de tratamento de efluentes de unidades on-shore. De acordo com Torres, sistemas de osmose reversa não são ainda considerados seguros pela Petrobras do ponto de vista operacional para a dessalinização de efluentes finais salinos devido à grande sensibilidade da osmose reversa a contaminações, sempre possíveis em efluentes. Atualmente, nas refinarias as salinidades costumam ser da ordem de 1000 mg/l, e com os novos sistemas de segregação e a maior proporção de petróleos nacionais no refino, a salinidade dos efluentes finais deve subir para faixas de 2 mil a 5 mil mg/l, diz Torres. Nesse caso, os engenheiros da Petrobras estimam que com o uso de equipamentos de osmose reversa, mesmo se superados os problemas de possíveis contaminações, a recuperação do sistema seria baixa (60% a 65%), tornando a opção menos atrativa. Uma outra alternativa para a dessalinização de efluente final salino, segundo os profissionais da Petrobras, seria o uso do EDR eletrodiálise reversa, que na opinião deles mostra-se mais robusto, menos exigente em termos de pré-tratamento e que nas mesmas condições têm taxa de recuperação maior, em torno de 85%. Nos principais projetos de reúso de efluentes finais salinos de refinarias, como os que estão sendo implantados na Repar (300 m 3 /h), no Paraná, e na Rnest (600 m 3 /h), em Pernambuco, a Petrobras adotou o EDR como equipamento de dessalinização, conclui Scofield. aplicados no pré-tratamento da osmose reversa e que podem ser aliados a um sistema de ultrafiltração. O uso dos eletrodos reduz a frequência de limpeza das membranas do pré-tratamento e da osmose reversa, aumentando a sua vida útil, diz Romeu Rovai Filho, consultor da área de conservação de água e energia. O motivo está no fato de os eletrodos atacarem um dos maiores vilões da eficiência de um sis- tema de osmose reversa, a colmatação, seja ela provocada pelos sais inerentes ao processo ou pela combinação de sais e o desenvolvimento de biofilme. Recuperadores de energia: redução de custos torna sistemas mais atraentes São inúmeros os argumentos a favor dos sistemas de osmose reversa, mas vale lembrar que apenas um pode colocar o fornecimento das membranas em xeque-mate: o alto consumo de energia necessário para vencer os elevados gradientes de pressão. Em sistemas de dessalinização de água do mar, por exemplo, as faixas típicas de pressão de operação variam de 55 a 70 bar. O preço do tratamento por metro cúbico, somados o capital e a operação do sistema, é

30 Hydro Junho 2010 Especial da ordem de US$ 1,00, segundo levantamento da Dow. A boa notícia é que já existem sistemas complementares de reaproveitamento da energia residual dos equipamentos de osmose reversa, reduzindo em cerca de 20% o custo do equipamento. Um exemplo é a utilização das turbinas Pelton, que uma vez acopladas à saída do sistema, recuperam em cerca de 80% a pressão de saída do rejeito (repleto de sais com valência elétrica), realimentando a entrada do equipamento. Na Califórnia, EUA, as turbinas fizeram o preço do metro cúbico de água tratada por osmose reversa cair para US$ 0,50, diz Ilha, da Water Warehouse. O consumo de energia foi reduzido de 6 para 4 kwh/m 3 em média, observa Hilsdorf, da Degrémont. Cerca de 1% das plantas de osmose reversa no Brasil abastecidas com água de poço ou de rio têm turbinas instaladas, e elas representam em média apenas 5% do custo de aquisição de um sistema, observa Peig, da Perenne. Uma das empresas que comercializam as turbinas no país é a Fluid Brasil. Fabricadas pela norte-americana Flowserve, elas são conhecidas por ERT energy recovery turbine e transformam a energia de pressão do rejeito da osmose reversa em energia cinética. As turbinas são parte integrante do sistema de alta pressão da osmose, explica Faus, gerente comercial. Especificamente para plantas de dessalinização, a empresa norte-americana ERI desenvolveu um sistema de recuperação de energia baseado em trocadores de pressão. Como o seu nome indica, o funcionamento do trocador de pressão é baseado em uma transferência hidráulica da energia residual da corrente do rejeito para uma corrente de by-pass da alimentação, de modo que apenas uma parcela do afluente tenha de ser pressurizada pela bomba de alta pressão. De acordo com Hilsdorf, da Degrémont, esse dispositivo permitiu uma redução significativa do consumo de energia em uma planta de dessalinização projetada pela empresa francesa em Barcelona, Espanha, cuja capacidade é de 200 mil m 3 /dia. O consumo de energia do sistema chega a 2,9 kwh/m 3 (inclui pré-tratamento e operação do equipamento do primeiro passo de osmose reversa). Se fossem usadas turbinas Pelton, o consumo seria de 3,4 kwh/m 3, afirma. Osmose reversa em aterro É muito simples imaginar um sistema de osmose reversa instalado em uma indústria para fins de reúso, mas as possibilidades de aplicação estão avançando. No aterro de Nova Iguaçu, no Rio de Janeiro, por exemplo, a Haztec-Aquamec, empresa de soluções ambientais para água e efluentes, de São Paulo, propôs um modelo de tratamento do chorume combinando um sistema biológico de MBR biorreator com membrana e polimento com osmose reversa. O interessante neste projeto em particular é o fato de ter sido o rejeito do sistema, e não o permeado, o merecedor das atenções das equipes de engenharia. Isso porque estava previsto o reciclo do rejeito da osmose reversa ao início do sistema, sem tratamento, o que ocasionaria o aumento da salinidade, bem como um incremento na DQO não biodegradável. Consequentemente, seriam prejudicados tanto o sistema biológico quanto a

Hydro Junho 2010 31 vida útil das membranas. Em razão da elevada taxa de contaminantes do rejeito, incluindo a alta concentração de sais dissolvidos e DQO recalcitrante, haveria limitações quanto ao uso das membranas de osmose reversa se nada fosse feito, observa Rubens Francisco, superintendente de tecnologias da Haztec-Aquamec. Tanto que a empresa investiu R$ 2 milhões em pesquisas que levaram ao desenvolvimento de uma tecnologia própria de tratamento do rejeito, com base em método físico-químico através de precipitação com cal, seguido de um reator Fenton para controle da salinidade do sistema. Dessa forma, parte do rejeito é reintroduzida no sistema e parte é lançada em corpos hídricos próximos ao aterro. Em setembro de 2009, a empresa entrou com pedido de patente do processo junto ao Inpi Instituto Nacional de Propriedade Industrial. A configuração da estação de tratamento de efluentes desenvolvida pela Haztec-Aquamec para o aterro de Nova Iguaçu, que tem capacidade instalada de processar 600 m 3 /dia de chorume, envolve tratamento inicial em um reator anóxico para desnitrificação, seguindo por tanques aeróbios para remoção de carga orgânica e nitrificação. O sistema de MBR, formado por oito módulos de membranas de ultrafiltração (70 L/m 2.h), responde pela remoção do lodo biológico. Logo após, o efluente segue para os módulos em série (2 + 2 unidades) de membranas de osmose reversa, que fazem a remoção da DQO não biodegradável (taxa de filtração = 14 L/m 2.h). São gerados diariamente cerca de 600 m 3 /d de per- meado. Parte desse volume alimenta os sistemas de irrigação do aterro e parte é utilizada no abatimento de particulados. No mercado brasileiro, a grande maioria dos sistemas de osmose reversa é usada como processo de desmineralização para reposição de água de alimentação de caldeiras (geração de vapor), que necessita estar isenta de sólidos dissolvidos. Empresas como a Petrobras e as usinas de açúcar e álcool, por exemplo, são casos emblemáticos, uma vez que a água é imprescindível para a continuidade de suas operações. Mas também aumenta o leque de possibilidades de utilização das membranas de osmose reversa, e nesse caso fica mais fácil imaginar o consumo despreocupado de água dessalinizada saindo das torneiras de residências e edifícios comerciais.