FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS

Evento de Aniversário da Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública - ABLP 45 Anos - 30 de Novembro de 2015 Workshop sobre Processos de Tratamento de Lixiviados de Aterros Sanitários FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS DIPL.-ING. STEFAN LÖBLICH

LIXIVIADO OU CHORUME Lixiviação de água durante o tratamento de resíduos sólidos coleta - transporte - aterro sanitário. É um Percolado Chorume = Lixiviado = Leachate

CHORUME EFEITOS POSITIVOS E NEGATIVOS CHORUME É UMA NECESSIDADE: Bioreator - Aterro sanitário Atividade bacteriana > 40% H 2 O Transporte de nutrientes entre espécies de bactérias pela mistura do bioreator aterro só pela movimentação de água na massa de resíduos CHORUME Produção de biogás REDUÇÃO do tempo de tratamento de resíduos e estabilização do aterro PROBLEMÁTICA DO CHORUME: Gestão dentro da massa de resíduos Drenagem e coleta Potencial poluidor Necessidade de Tratamento especifico Cerca 20% do custo de tratamento de resíduo em aterro sanitário é para o tratamento de chorume!

Variações de: Vazões Concentração de poluentes Problemáticas do Tratamento do chorume Teor de CQO duro não biodegradável Eventualmente ocorrência de metais pesados e substâncias perigosas Altas concentrações: Sais Azoto DQO

Cambio da qualidade do chorume depois de alterações no sistema de drenagem

Sistemas clássicos de tratamento de águas residuais domésticos não tem capacidade de resposta O DESAFIO PERFORMANCE Capacidade de resposta da instalação às variações de composição/carga do chorume Cumprimento dos limites de descarga Simplicidade e estabilidade na operação Adaptabilidade do sistema a novas situações CAPEX OPEX

Tratamento de chorume CADA PROCESSO TEM VANTAGENS E LIMITAÇÕES SOLUÇÕES MILAGROSAS NO EXISTEM Fatores importantes da eficiência de uma instalação - independentemente do tipo de tratamento: Capacidade de resposta face as variações de composição e carga Limites de capacidade de resposta Valores máximos e mínimos Tempo de resposta para as alterações de composição e carga Adaptabilidade do sistema a novas situações Alteração das parâmetros de operação Operador Adaptação dos instalações existentes Prever a possibilidade de instalações adicionais

Eficiências de processos para a eliminação de poluentes Processo SST CBO 5 CQO N-total NH 4 -N NH 3 -N Metais pesados AOX Sais Tratamento biológico - + (+) 2) (+) (+) (-) (-) - Adsorção / Carvão ativado Sedimentação / Flotação Filtração / Ultrafiltração - (-) + 3) - - (-) + - (+) (-) (-) - - (+) 5) (-) - + (-) (-) (-) - (+) (-) - Osmose Inversa (+) + 1) + 1) + (+) + + + Lavagem gás Stripping - (-) (-) - + (-) (+) 6) - Oxidação química - (-) + (-) (+) - (+) 7) - Evaporação + + 4) + 4) (+) (-) + + 4) + Incineração + + + + + (+) + + + Adequado (+) Adequado c/ limitações (-) Eficiência reduzida - Não adequado 1 Menos conveniente para eliminação de moléculas muito pequenas. 2 Só apropriado para substâncias biodegradáveis (residual de CQO). 3 Menos conveniente para substâncias biodegradáveis. 4 Menos conveniente para substâncias voláteis sobre as condições do processo. 5 Com precipitação especifica para os metais pesados. 6 Não adequado para substâncias não voláteis. 7 Eventual criação de Trialometanos

Tratamento de chorume direto com sistemas de filtração por membranas SISTEMA DE ULTRAFILTRAÇÃO para remoção de sólidos SISTEMA DE NANOFILTRAÇÃO para remoção de moléculas orgânicas maiores e iões multivalentes SISTEMAS DE OSMOSE REVERSA: Solução mais consequente para remoção de quase todos os poluentes em função da retenção e da qualidade exigida: execução em até 3 etapas

RETENÇÃO EM MEMBRANAS Nanofiltração Osmose Inversa - Número de etapas Parâmetros 1 2 3 *) min. máx. min. máx. min. máx. COD 60-80 85.0 98.0 97.5 99.9 97.5 99.9 BOD 5 50-70 80.0 97.0 96.4 99.8 96.4 99.9 TOC 60-80 85.0 98.0 98.0 99.7 98.0 99.9 AOX 60-90 80.0 95.0 97.5 99.5 97.5 99.9 N total 30-60 75.0 95.0 95.0 99.0 95.0 99.9 NH 4 - N 20-50 75.0 95.0 95.0 98.5 95.0 99.8 NO 2 N 15-70 70.0 85.0 95.0 98.0 95.0 99.7 PO 4 P 60-90 95.0 98.0 95.0 99.0 95.0 99.9

Vantagens do tratamento com Osmose Inversa (OI) + Solução mais consequente para descarga direta no meio hídrico Processo mais simples e económico Rápido arranque e paragem do sistema Adaptação rápida a novas situações Alta disponibilidade do sistema Construção modular = Flexibilidade

Sistemas Membranas Considerações Importantes! Substâncias que colmatam ou danificam as membranas Passagem de substâncias voláteis Rendimentos baixos em caso de concentrações muito altas Tratamento do concentrado Soluções e Custos? Concentrado Recirculação para a massa de resíduos é a solução mais viável

Concentrado: Recirculação e Re-infiltração + Solução mais económica Poluentes permanecem no destino Teor de humidade para processos anaeróbios > 40%! Evitar efeito de concentração pela recirculação curto circuito do liquido Procedimentos/Manual de boas praticas para a recirculação/reinfiltração

Alternativa: Linha de tratamento de Concentrado Completa Osmose Inversa Evaporação Eliminação de Azoto Secagem Alternativa: Inertização

Crivo PASSOS DO PROCESSO DE OSMOSE REVERSA - CHORUME Filtro de areia Filtro de vela Fase I Concentrado II Fase II Concentrado III Fase III Permeado I Permeado II Sala de controlo e comando PLC PC/modem/ ecrã Armários c/ sistema elétrico Chorume Ácido, Antiscalent Água tratada = Permeado final Concentrado

CONFIGURAÇÕES DE MEMBRANAS Módulo tubular (>0,005m) Módulo de disco ou módulo plano

MEMBRANAS APLICADAS

SISTEMA DE OSMOSE INVERSA MONTADO EM CONTENTOR

PRÉ-TRATAMENTO INTEGRADO

SEPARAÇÃO E ACONDICIONAMENTO DO SISTEMA ELETRICO

PERIFERIA DO SISTEMA

AUTOMAÇÃO E VISUALIZAÇÃO

Tratamento de chorume AS Santiago de Compostela - Espanha Aumento de capacidade e disponibilidade de tratamento existente. Complementação de sistema de evaporação para redução de custos de operação. Dados técnicos Caudal Tipo tratamento Qualidade do chorume tratado 120 m 3 /dia Préfiltração Osmose Inversa em 3 etapas Lavador de gases; Redução dos concentrados com evaporação (linha existente) Qualidade para emissão direta em meio hídrico sensível conforme legislação

Tratamento de Chorume AS Madrid - Valdemingómez Espanha (1) Aluguer de sistemas de Osmose Inversa a longo prazo (2012-2015) com apoio a operação Dados técnicos Caudal Tipo tratamento Qualidade do chorume tratado 2 x 100 m 3 /dia Préfiltração Osmose Inversa em 3 etapas Lavador de gases Qualidade para reutilização interna da água tratada

Tratamento de Chorume AS Madrid - Valdemingómez Espanha (2) Fornecimento, instalação e assistência técnica de sistema de Osmose Inversa novo e lavador de gases Dados técnicos Caudal Tipo tratamento Qualidade do chorume tratado 200 m 3 /dia Préfiltração Osmose Inversa em 3 etapas Lavador de gases Qualidade para reutilização interna da água tratada

Tratamento de chorume AS São Gonçalo (SP) Fornecimento, instalação e operação de sistema de Osmose Inversa novo e lavador de gases fabricado em Brasil Tratamento direto de chorume Dados técnicos Caudal Tipo tratamento Qualidade do chorume tratado 120 m 3 /dia Préfiltração Osmose Inversa em 3 etapas Lavador de gases; Qualidade para emissão direta em meio hídrico conforme legislação Brasileira

A EMPRESA ENGENHARIA E FORNECEDORA DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TRATAMENTO E VALORIZAÇÃO AMBIENTAIS Fabricação de sistemas de tratamento de chorume, aguas industrias e de sistemas de purificação de aguas potável por membranas. Projeto para aterros sanitários, tratamento, separação e valorização de resíduos Reciclagem de plásticos Biogás

Tratamento Biológico avançado com MBR e Carvão Ativado como tratamento Terciário Sistema para Tratamento de Chorume Rota de Tratamento: Biológico/UF/CA Aterro Central de Hannover - Alemanha Arrefecimento Chorume bruto Permutador de calor Desnitrificação Nitrificação Ultrafiltração Filtrado Adsorção Carvão Ativado Custo ~ 25 /m 3 Nitratos Recirculação Desnitrificação/La mas Tanque de O 2 Descarga

Estação de Tratamento de Chorume Aterro de Burghof - Alemanha

Afinação do lixiviado pré-tratado com filtração por Carvão Activado Considerações A eficiência de adsorção depende: Tempo em contacto com carvão (3-4 tanques em série) Tipo/qualidade do carvão Carregamento do carvão (%) Logística carvão - Execução em tanques de 20 m 3 Tanques deverão ser preparados para a fácil mudança do carvão Vantagem: Redução biológica a montante Não produz concentrado Desvantagem: Deslocação dos poluentes restantes para o carvão destino final? Não elimina N-NH 4 + Operação complexa: Pré-tratamento: redução CQO<1000 & VLE NH 4

21-12-1996 07-01-1997 24-01-1997 10-02-1997 27-02-1997 16-03-1997 02-04-1997 19-04-1997 06-05-1997 23-05-1997 09-06-1997 26-06-1997 13-07-1997 30-07-1997 16-08-1997 02-09-1997 19-09-1997 06-10-1997 23-10-1997 09-11-1997 26-11-1997 13-12-1997 30-12-1997 16-01-1998 02-02-1998 19-02-1998 08-03-1998 25-03-1998 11-04-1998 28-04-1998 15-05-1998 01-06-1998 18-06-1998 05-07-1998 22-07-1998 08-08-1998 25-08-1998 11-09-1998 28-09-1998 15-10-1998 01-11-1998 18-11-1998 05-12-1998 22-12-1998 08-01-1999 25-01-1999 CQO [mg/l] Análise de CQO num Sistema de Carvão Activado (Três tanques em série) 2.000 1.800 1.600 1.400 CQO entrado Carvão Activado [mg/l] CQO após filtro 1 [mg/l] CQO após filtro 2 [mg/l] CQO após 3 - saída [mg/l] 1.200 1.000 800 600 400 200 0

Tratamento por Coagulação / Floculação (= Físico Químico ) Coagulação e Floculação com produtos químicos Genericamente aplica-se um sal Ferroso ou de Alumínio para coagulação/precipitação e um floculante (Polímero) Ensaios frequentes para a adaptação da dosagem e do tipo dos produtos são absolutamente indispensáveis para um bom funcionamento. Electrocoagulação Precipitação electroquímica pela degradação do Ânodo em Ferro ou Alumínio: 4Fe 4Fe 2+ + 8e Eficiência para redução do SST, de coloidais e de metais pesados Separação das lamas químicas com os poluentes para tratamento subsequente Vantagens: Baixos custos de investimento Desvantagens: Operação exigente (Análises/Ensaios) Altos custos de operação Eficiência limitada - varia muito em função da tecnologia e operação

Tratamento por Processos de Oxidação AOP = Advanced Oxidation Processes Mecanismos principais electrocoagulação e degradação radical não selectiva: Criação directa ou indirecta de radicais OH Criação dos radicais para a oxidação: Reacção Fenton (Fe + H2O2); Ozono (+ H2O2); Radiação UV (+ H2O2) Reacção directa nos eléctrodos Eficiência de tratamento: Conversão parcial de poluentes orgânicos em CO2 e N2 por mecanismos radicais (Eficiências altas em escala laboratorial - Literatura: redução de CQO 75% - 90%) Bom funcionamento da oxidação directa principalmente em escalas laboratoriais Melhoramento da degradibilidade biológica do CQO duro Eventualmente económico em combinação com tratamentos biológicos Produção subsequente de lamas (electrocoagulação em paralelo) Separação/Tratamento Devido à presença de Cloretos no lixiviado, criação de Hipoclorito e/ou Cl 2 recombinação para novos produtos potencialmente tóxicos (Trialometanos) Custos: Tempo de vida útil dos eléctrodos? O consumo de energia é problemático : Valores da literatura: Consumo energético para oxidação de 1kg CQO: 60-500kWh; 1kg de N-NH 4 26,6 kwh Custos electricidade para 100m 3 /d; CQO=7000; N-NH 4 =3000; (0,08 /kwh) ~4000 /d!!!

Recirculação e Re-infiltração de chorume e Concentrado Necessidade técnica e económica foi reconhecida Portugal: Decreto-Lei n.º 183/2009 (Anexo III) Manual de boas praticas para a recirculação Após de selagem de aterros é importante evitar a paragem dos processos biológicos Teor de humidade para processos anaeróbios > 40%

! Questões Regulares Controlo da carga de poluentes / não aumenta pela recirculação REINFILTRAÇÃO CONTROLADA Impacto sobre a estabilidade do aterro Qual é a melhor maneira de recircular?

+ Os benefícios são conhecidos mas difíceis de quantificar: Re-infiltração de chorume e concentrado Aceleração da biodegradação - Redução do tempo de estabilização dos resíduos Menos tempo do After Care Aumento da produção de biogás Redução de vazões de chorume pelo aumento da evapotranspiração Pré-tratamento de chorume da fase ácida do aterro e de concentrado de OI

Reinfiltração - Alteração da produção de biogás Os resultados dos testes e estudos efectuados não são idênticos mas existe claramente a tendência pelo aumento da produção de gás, caso existir este potencial no aterro Teste: GB 21 Numa célula impermeabilizada o aumento de produção pode atingir 20-30%

Reinfiltração - Alteração da produção de biogás

Na maioria dos testes não se verificou uma alteração de carga e composição (Caudais definidos e infiltração controlada!) Reinfiltração de concentrados - Alteração na carga do lixiviado Relatado são saídas de lixiviado pelos taludes Cada aterro e cada sistema de reinfiltração é diferente Importante para o bom funcionamento é a consequente implantação e utilização de um sistema Custos devem ser considerados!

Caudais de Infiltração A literatura recomenda valores entre 0,5mm 2mm/dia (2L/m2/dia) Para 50 m3/dia de liquido (concentrado) são necessário 2,5 hectares para reinfiltração

Métodos de Reinfiltração 1 Exemplo: Aterro Wilsum (Ensaios ATUS/Univ. Munich) Crescimento com os resíduos ou abertura posterior 24 poços / 3ha Poço ca 2x2 - Altura água 2m Controlo da quant. reinfiltração / poço Poços de alta capacidade 20m3/d Poços de baixa capacidade 1 m3/d Valor kf = 10-5 - 10-6 m/s => 0,86m/d 0,08m/d Caudal max. 120 m3/d

Métodos de Reinfiltração 1 Poços de reinfiltração sem material de enchimento Tampa para protecção e manutenção remoção de lamas acumuladas

Reinfiltração 2 Poços/Campos de reinfiltração Crescimento com os resíduos Impermeabilização por cima Stegmann; Ifas

Poço de distribuição de concentrados

Métodos de Reinfiltração 3 Lança de reinfiltração Espaçamento 15-20m Zonas seladas Variar profundidade Entupimentos! Stegmann; Ifas

Reinfiltração 4 sistema na superfície

OUTROS APLICAÇÕES DE SISTEMAS DE TRATAMENTO POR MEMBRANAS Produção de água potável Produção para água de caldeiras Tratamento terciário de efluentes de ETE Tratamento de águas industriais Separação de líquidos

Maquina de teste móvel Osmose Inversa e Nanofiltração Portugal 20-30 m 3 /d OBRIGADO DI STEFAN LÖBLICH WWW.AST-AMBIENTE.COM

OUTRAS ATIVIDADES DA AST-AMBIENTE: - TRATAMENTO BIOLÓGICOS DE ÁGUAS INDUSTRIAIS POR SBR - PROJETO DE USINAS DE TRATAMENTO MECÂNICO E BIOLÓGICO DE RESÍDUOS - PROJETO DE USINAS DE BIOGÁS AGRÍCOLA E DE BIOMETANO - PROJETO DE USINAS DE RECICLAGEM DE PLÁSTICOS Projetos com ênfase na fabricação local