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FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS DIPL.-ING. STEFAN LÖBLICH
Workshop sobre Processos de Tratamento de Lixiviados de Aterros Sanitários
Evento de Aniversário da Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública - ABLP 45 Anos - 30 de Novembro de 2015
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LIXIVIADO OU CHORUME
Lixiviação de água durante o tratamento de resíduos sólidos – coleta - transporte -
aterro sanitário. É um “Percolado” Chorume = Lixiviado = Leachate
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CHORUME – EFEITOS POSITIVOS E NEGATIVOS
CHORUME É UMA NECESSIDADE: • Bioreator - Aterro sanitário • Atividade bacteriana > 40% H2O • 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!
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Eventualmente ocorrência de metais
pesados e substâncias perigosas
Teor de CQO “duro”
– não biodegradável
Variações de:
• Vazões
• Concentração de poluentes
Problemáticas do Tratamento do chorume
Altas concentrações: • Sais • Azoto • DQO
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Cambio da qualidade do chorume depois de alterações no sistema de drenagem
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Cumprimento dos limites de descarga Simplicidade e estabilidade na operação
Capacidade de resposta da instalação às variações de composição/carga do chorume
Sistemas “clássicos” de tratamento de águas residuais domésticos não tem capacidade de resposta
O DESAFIO PERFORMANCE
CAPEX
OPEX
Adaptabilidade do sistema a novas situações
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CADA PROCESSO TEM VANTAGENS E LIMITAÇÕES SOLUÇÕES “MILAGROSAS” NO EXISTEM
Tratamento de chorume
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
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Eficiências de processos para a eliminação de poluentes
Processo SST CBO5 CQO N-total NH4-N
NH3-N
Metais
pesados AOX Sais
Tratamento biológico - + (+)2)
(+) (+) (-) (-) -
Adsorção / Carvão
ativado - (-) +
3) - - (-) + -
Sedimentação /
Flotação (+) (-) (-) - - (+)5) (-) -
Filtração / Ultra-
filtração + (-) (-) (-) - (+) (-) -
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
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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
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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
BOD5 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
NH4 - N 20-50 75.0 95.0 95.0 98.5 95.0 99.8
NO2 – N 15-70 70.0 85.0 95.0 98.0 95.0 99.7
PO4 – P 60-90 95.0 98.0 95.0 99.0 95.0 99.9
RETENÇÃO EM MEMBRANAS
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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
+
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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
!
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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
+
!
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Osmose Inversa Evaporação Eliminação
de Azoto Secagem
Alternativa: Linha de tratamento de Concentrado Completa
Alternativa:
Inertização
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Fase I
Permeado I
Concentrado
Concentrado II
Água tratada = Permeado final Chorume
Fase II
Ácido, Antiscalent
Filtro
de
areia
Filtro
de
vela
Sala de controlo e
comando
•PLC
•PC/modem/
ecrã
•Armários c/
sistema
elétrico
Crivo
Permeado II
Fase III
Concentrado III
PASSOS DO PROCESSO DE OSMOSE REVERSA - CHORUME
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CONFIGURAÇÕES DE MEMBRANAS
Módulo de disco ou
módulo plano Módulo tubular
(>0,005m)
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MEMBRANAS APLICADAS
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SISTEMA DE OSMOSE INVERSA MONTADO EM CONTENTOR
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PRÉ-TRATAMENTO INTEGRADO
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SEPARAÇÃO E ACONDICIONAMENTO DO SISTEMA ELETRICO
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PERIFERIA DO SISTEMA
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AUTOMAÇÃO E VISUALIZAÇÃO
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Dados técnicos
Caudal 120 m3/dia
Tipo tratamento Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases; Redução dos concentrados com evaporação (linha existente)
Qualidade do chorume tratado
Qualidade para emissão direta em meio hídrico sensível conforme legislação
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.
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Dados técnicos
Caudal 2 x 100 m3/dia
Tipo tratamento
Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases
Qualidade do chorume tratado
Qualidade para reutilização interna da água tratada
Tratamento de Chorume AS Madrid - Valdemingómez Espanha (1)
Aluguer de sistemas de Osmose Inversa a
longo prazo (2012-2015) com apoio a
operação
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Dados técnicos
Caudal 200 m3/dia
Tipo tratamento
Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases
Qualidade do chorume tratado
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
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Dados técnicos
Caudal 120 m3/dia
Tipo tratamento Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases;
Qualidade do chorume tratado
Qualidade para emissão direta em meio hídrico conforme legislação Brasileira
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
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A EMPRESA
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
ENGENHARIA E FORNECEDORA DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TRATAMENTO E VALORIZAÇÃO
AMBIENTAIS
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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
Desnitrificação Nitrificação Ultrafiltração
Arrefecimento
Adsorção
Carvão
Ativado
Recirculação
Desnitrificação/La
mas Custo ~ 25€/m3
Permutador de calor
Tanque de O2
Nitratos
Filtrado
Descarga
Chorume bruto
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Estação de Tratamento de Chorume Aterro de Burghof - Alemanha
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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 m3
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-NH4+
Operação complexa: Pré-tratamento: redução CQO<1000 & VLE NH4
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Análise de CQO num Sistema de Carvão Activado – (Três tanques em série)
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
21-1
2-19
96
07-0
1-19
97
24-0
1-19
97
10-0
2-19
97
27-0
2-19
97
16-0
3-19
97
02-0
4-19
97
19-0
4-19
97
06-0
5-19
97
23-0
5-19
97
09-0
6-19
97
26-0
6-19
97
13-0
7-19
97
30-0
7-19
97
16-0
8-19
97
02-0
9-19
97
19-0
9-19
97
06-1
0-19
97
23-1
0-19
97
09-1
1-19
97
26-1
1-19
97
13-1
2-19
97
30-1
2-19
97
16-0
1-19
98
02-0
2-19
98
19-0
2-19
98
08-0
3-19
98
25-0
3-19
98
11-0
4-19
98
28-0
4-19
98
15-0
5-19
98
01-0
6-19
98
18-0
6-19
98
05-0
7-19
98
22-0
7-19
98
08-0
8-19
98
25-0
8-19
98
11-0
9-19
98
28-0
9-19
98
15-1
0-19
98
01-1
1-19
98
18-1
1-19
98
05-1
2-19
98
22-1
2-19
98
08-0
1-19
99
25-0
1-19
99
CQ
O [
mg
/l]
CQO entrado Carvão Activado [mg/l]
CQO após filtro 1 [mg/l]
CQO após filtro 2 [mg/l]
CQO após 3 - saída [mg/l]
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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
→ 4Fe2+ + 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
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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 Cl2 – 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-NH4 26,6 kWh
Custos electricidade para 100m3/d; CQO=7000; N-NH4=3000; (0,08 €/kWh)
~4000 €/d !!!
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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%
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Questões Regulares
Controlo da carga de poluentes /
não aumenta pela recirculação –
REINFILTRAÇÃO CONTROLADA
Qual é a melhor maneira de
recircular?
!
Impacto sobre a estabilidade do
aterro
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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
Os benefícios são conhecidos mas
difíceis de quantificar:
+
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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%
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Reinfiltração - Alteração da produção de biogás
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Reinfiltração - Alteração da produção de biogás
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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!
Na maioria dos testes não se
verificou uma alteração de carga e
composição (Caudais definidos e
infiltração controlada!)
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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
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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
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Métodos de Reinfiltração 1
Poços de reinfiltração – sem material de enchimento
Tampa para protecção e manutenção – remoção de lamas acumuladas
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Reinfiltração 2
Poços/Campos de reinfiltração
• Crescimento com os resíduos
• Impermeabilização por cima
Stegmann; Ifas
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Poço de distribuição de concentrados
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Poço de distribuição de concentrados
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Métodos de Reinfiltração 3
Lança de reinfiltração – Espaçamento 15-20m
– Zonas seladas
– Variar profundidade
– Entupimentos!
Stegmann; Ifas
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Reinfiltração 4 sistema na superfície
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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
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OBRIGADO DI STEFAN LÖBLICH
WWW.AST-AMBIENTE.COM
Maquina de teste móvel Osmose Inversa e Nanofiltração
Portugal 20-30 m3/d
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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