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João de Quinhones Levy([email protected])
PROCESSOSDE
DESSALINIZAÇÃO
III Hydrovolcanic-2017Angra do Heroísmo e Praia da Vitória -
Açores
3, 4, 5 e 6 de Setembro de 2017
1JQLevy set 2018 Açores
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JQLevy set 2018 Açores 2
www.ecoservicos.pt
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DISPONIBILIDADES DE ÁGUA NO PLANETA
97% é salgada (> 35.000 mg l-1 de Sais (85% cloreto sódio)
2% - Calotes e Glaciares
0,3% - Atmosfera
0,1% - Rios e lagos 0,4%0,6% - Água subterrânea
50% a mais de 800 m
3% é doce
3JQLevy set 2018 Açores
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Água do Mar
Água Salobra
Processo de Dessalinização
Água para consumo
Salmoura
Repetir Processo
Aterro Origem(mar)
Produto
Origem
Destino
Processo de dessalinização
4JQLevy set 2018 Açores
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PRINCIPAIS PRODUTORES DE ÁGUA
DESSALINIZADA NO MUNDO (2006)
País Produção (103m3 d-1) Quota Mundial (%)
Arábia Saudita 5235 20,3
EUA 4328 16,7
Emiratos Árabes 2891 11,2
Kuwait 1615 6,2
Espanha 1234 4,8
Japão 945 3,6
Líbia 701 2,7
Itália 581 2,2
5JQLevy set 2018 Açores
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6
Mercado da dessalinização (2006)
RegiãoInvestimento (10^6 usd)
Operação(10^6usd)Membranas Térmico Total
América 3650 90 3750 840
Ásia 2110 100 2210 430
Mediterrâneo 6120 2790 8930 1770
Golfo e Mar Vermelho 5050 9780 14830 3410
TOTAL 16940 12760 29760 6450
JQLevy set 2018 Açores
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Mercado da dessalinização(m3/d)
7JQLevy set 2018 Açores
(2015)
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Mercado da dessalinização ($)
JQLevy set 2018 Açores 8
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Mercado por países (2007/16)
9JQLevy set 2018 Açores
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Mercado Chinês
10JQLevy set 2018 Açores
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Ashkelon – Equipada com 38.000 módulos de osmose inversa, tem capacidade anual de 108*106 m3 (2006)
11JQLevy set 2018 Açores
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Dessalinizadora de Sorek(150 milhões de m3/ano)
12JQLevy set 2018 Açores
2016
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CONSUMOS ENERGÉTICOS NA DESSALINIZAÇÃO
Ø Década de 50: 1 Kg de vapor - 3,3 Kg água
ØInício Anos 70: 20 kWh m-3
Ø Finais Anos 80: 10 kWh m-3;
1 Kg de vapor – 8,6 Kg água
Ø Década de 2000: 5 kWh m-3 (Térmicos)
3,5 kWh m-3 (OI)
ØActualmente: 4,5 kWh m-3 (Térmicos)
3 - 3,5 kWh m-3 (OI)13JQLevy set 2018 Açores
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PROCESSOS DE DESSALINIZAÇÃO
14JQLevy set 2018 Açores
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15
• Tecnologia térmica:
ü Destilação solar;
ü Transformação em várias fases;
ü Destilação de múltiplo efeito;
ü Compressão de vapor.
JQLevy set 2018 Açores
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16
qDestilação Solar:
ü Processo muito utilizado em locais quentes (Médio
Oriente e Norte de África).
ü É necessária a construção de tanques de grandes
dimensões, cobertos com vidro ou outro material
translúcido.
JQLevy set 2018 Açores
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17
q Destilação Solar:
ü Funcionamento: A luz solar atravessa o vidro,
evaporando a água do líquido, os vapores
condensam-se na parte interior do vidro,
transformando-se novamente em água no estado
líquido, que escorre para um sistema de recolha.
JQLevy set 2018 Açores
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18
Energia Solar no processo de
dessalinização
Água salgada
Cobertura translúcida
Água Doce
JQLevy set 2018 Açores
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19
Dessalinização solar
Água Destilada
Água Salgada
Compressor
Vapor gerado
Condensador
JQLevy set 2018 Açores
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20
qTransformação em várias fases:
ü Neste processo são necessários vários
evaporadores com pressões diferentes.
ü O vapor que se forma sobe para a parte superior
(condensador) e arrefece sobre uma série de tubos
através dos quais circula a salmoura, que passa para
outro compartimento e assim sucessivamente até
que o processo termine.
JQLevy set 2018 Açores
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21
Evaporação Multietapa (transformação em várias fases)
Vapor
Condensado
Salmoura
Água tratada
Condensador Água do mar
JQLevy set 2018 Açores
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22
q Destilação de múltiplo efeito:
ü Processo que consiste em evaporar a água do mar
em várias etapas. Na primeira etapa é necessário
recorrer a energia externa. Nas etapas seguintes dá-
se o aproveitamento do calor resultante da
condensação do vapor.
JQLevy set 2018 Açores
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23
q Destilação de múltiplo efeito:
ü Este processo é semelhante ao da transformação
em várias fases, mas utiliza o princípio de redução
da pressão ambiente nas várias etapas à medida
que a temperatura vai decrescendo.
JQLevy set 2018 Açores
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Destilação de múltiplo efeito
24JQLevy set 2018 Açores
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25
qCompressão de vapor:
ü O calor necessário para a evaporação da água é
proveniente maioritariamente do calor resultante da
compressão do vapor, também pode vir das trocas
directas de calor do vapor.
JQLevy set 2018 Açores
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26
q Compressão de vapor:
ü Este processo distingue-se da evaporação
multietapa porque utiliza um compressor para
aumentar a temperatura a que se submete a água
para que esta evapore.
ü Geralmente é utilizado em unidades de
dessalinização de reduzidas dimensões.
JQLevy set 2018 Açores
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27
Compressão de vapor
Compressor
Concentrado para evaporação
Motor
Água tratada
Bomba de recirculação
Entrada de água salgada
JQLevy set 2018 Açores
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PROCESSOS DE MEMBRANAS
28JQLevy set 2018 Açores
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29
• Tecnologia de membranas:
ü Osmose inversa;
ü Electrodiálise.
JQLevy set 2018 Açores
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Unidade de dessalinização de Porto Santo (1979) 30JQLevy set 2018 Açores
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p > ∆p
Fluxo solvente
Concentraçãobaixa
Concentraçãoalta
Processo de osmose inversa
31JQLevy set 2018 Açores
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Operações de Membranas comGradiente de Pressão
Microfiltração (MF)
Ultrafiltração (UF)
Nanofiltração (NF)
Osmose Inversa (OI)
Partículas em suspensão
Macromoléculas
Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados
Sais monovalentesÁcidos indissociados
Água
Operações de Membranas comGradiente de Pressão
Microfiltração (MF)
Ultrafiltração (UF)
Nanofiltração (NF)
Osmose Inversa (OI)
Partículas em suspensão
Macromoléculas
Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados
Sais monovalentesÁcidos indissociados
Água
Microfiltração (MF)
Ultrafiltração (UF)
Nanofiltração (NF)
Osmose Inversa (OI)
Partículas em suspensão
Macromoléculas
Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados
Sais monovalentesÁcidos indissociados
Água
Escolha do processo de membranas indicado para a água do mar(Minhalma,L e Geraldes, V. 2005)
32JQLevy set 2018 Açores
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Dessalinização por osmose inversa 33JQLevy set 2018 Açores
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34
Dessalinização por osmose inversa
JQLevy set 2018 Açores
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Módulos enrolados em espiral (Pereira, N. 2004)
35JQLevy set 2018 Açores
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36
qOsmose Inversa:
ü Baseia-se no efeito da pressão numa solução salina
sobre uma membrana semipermeável, com poros
microscópicos através da qual a água passa e os
sais, microrganismos e outras impurezas ficam
retidos.
JQLevy set 2018 Açores
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37
Processo de osmose inversa utilizando um sistema de recuperação de energia convencional
JQLevy set 2018 Açores
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RECUPERADOR DE ENERGIA
38JQLevy set 2018 Açores
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Custo com e sem recuperador
39JQLevy set 2018 Açores
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40
qElectrodiálise:
ü Processo de separação electroquímico em que os
iões são transferidos sobre membranas selectivas de
iões por meio de uma tensão.
JQLevy set 2018 Açores
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41
q Electrodiálise:
ü Por vezes a água tratada é misturada com a água
que está a entrar pela primeira vez no processo de
tratamento, para assim melhor o rendimento deste
processo de tratamento.
ü O único inconveniente deste processo é o seu custo,
superior aos restantes processos de dessalinização.
JQLevy set 2018 Açores
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42
Dessalinização por electrodiálise
Produto Final
CatiõesAniões
Rejeitado
Água salgada
Membranas selectivas
JQLevy set 2018 Açores
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43
• Outras tecnologias:
ü Desmineralização da troca de iões;
ü Congelamento;
ü Absorção;
ü Desionização capacitiva.
JQLevy set 2018 Açores
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44
qDesmineralização por troca de iões:
ü Pode ser utilizado para remover todos os iõesdissolvidos na água.
ü Os iões com cargas positivas são trocados para iõesde hidrogénio e iões de carga negativa são trocadospara iões de hidróxido.
ü Os iões de hidrogénio e hidróxido formam moléculasde água.
ü Este processo é utilizado essencialmente emunidades industriais.
JQLevy set 2018 Açores
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45
qCongelamento:
ü Quando se congela água obtém-se gelo puro,
sem sal. Então, através do congelamento e
posterior descongelamento da água salgada,
pode-se obter água doce, fazendo a separação
dos sais e da água recorrendo a processos
mecânicos.
JQLevy set 2018 Açores
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46
Dessalinização por
congelamento
JQLevy set 2018 Açores
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47
qAbsorção:
ü Utilização de um material higroscópio, que é
mantido frio durante a absorção pela troca de
calor com o gelo que esta a derreter.
ü O calor é aplicado ao material higroscópio,
conduzindo off water como vapor. O material
higroscópio está de novo pronto a ser reutilizado.
JQLevy set 2018 Açores
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48
qDesionização capacitiva :
ü Baseia-se na utilização de uma substância
chamada carbon aerogel, que é altamente
porosa e um sólido extremamente leve, muitas
vezes chamado fumo congelado.
JQLevy set 2018 Açores
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SELECÇÃO DO PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO
Ø Processo de tratamento;
Ø Capacidade da estação;
Ø Qualidade da água a montante;
Ø Operação e manutenção;
Ø Custo da energia;
Ø Factores ambientais;
Ø Tipo de captação;
Ø Financiamento e amortização.49JQLevy set 2018 Açores
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Custo de tratamento da água por dessalinização (AWWA, 2004)
50JQLevy set 2018 Açores
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Custo de produção de água para diferentes tecnologias de
dessalinização (Minhalma, L. e Geraldes, V. 2005)51
JQLevy set 2018 Açores
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Dimensão (m3 dia-1)
Água do Mar(€ m-3 dia-1)
Água Salobra(€ m-3 dia-1)
< 500 ----- 270
500 – 1 000 ----- 228
1 000 – 1 500 ----- 204
1 500 – 2 000 ----- 174
> 2 000 ----- 150
< 5 000 962 -----
5 000 – 10 000 856 -----
10 000 – 25 000 751 -----
25 000 – 40 000 661 -----
40 000 – 60 000 611 -----
60 000 – 80 000 589 -----
80 000 – 100 000 525 -----
> 100 000 506 -----
Custo de Investimento em função da produção e do tipo de água (Juan, J. 2001)
52JQLevy set 2018 Açores
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Custo médio de investimento por metro cúbico (Latorre, M. 2004) 53JQLevy set 2018 Açores
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70%
10%
8%
12%
Energia Pessoal Produtos Químicos Membranas
Distribuição dos custos de exploração, 2008 (OI)
Custo de exploração – Dados de 2016 apontam para custos de energia de 40 a 50%54
JQLevy set 2018 Açores
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Consumo energético
0
2
4
6
8
10
1990 1994 1996 1998 1999 2000 2001 2002 2004
Ano
KW
h/m
3
Consumo energético na dessalinização de água salgada (OI)(Latorre, M. 2004)
55JQLevy set 2018 Açores
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Tipo de Custo Água do Mar Água Salobra
Construção 20 % 10 %
Equipamento 80 % 90 %
Composição dos custos de uma unidade de dessalinização(Juan, J. 2001)
56JQLevy set 2018 Açores
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CUSTO DE UMA DESSALINIZADORA
57JQLevy set 2018 Açores
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Processo Custo(€ m-3)
Central Dessalinizadora
MSF 1,06 – 1,16 Médio Oriente
MSF 1,5 Kuwait
OI 1,39 OIA, Ilha de Santorini, Grécia (550 m3 dia-1)
OI 0,76 Ilha Mykonos (1200 m3/d)
OI 0,89 Ilha Syros, Grécia (2000 m3 dia-1)
OI 1,18 Malta (15.000 m3 dia-1)
OI 0,78 Limassol, Chipre (20.000 m3 dia-1)
OI 0,79 Nicosia, Chipre (20.000 m3 dia-1)
OI 0,81 Lanarca, Chipre (40.000 m3 dia-1)
OI 0,54 Israel (274.000 m3 dia-1)
OI 0,53 Espanha (50.000-124.000 m3 dia-1)
Nota: MSF – Evaporação Multi FlashOI – Osmose Inversa
Custo do metro cúbico de água dessalinizada para osmose inversa e evaporação multi flash (Pereira, N. 2004)
58JQLevy set 2018 Açores
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CUSTO DE INSTALAÇÃO
DE UMA DESSALINIZADORA
Admitindo:
Ø Intervalo para custo de m3 produzido por dia, 850 – 1.500 €
Ø Construção civil, 20%, amortizada em 20 anos
Ø Equipamentos, 80%, amortizados em 10 anos
Será para uma central de 3000 m3 d-1:
Ø Custo total de instalação (€): 2.400x103 a 4.500x103
Ø Amortização do investimento: (€ m-3 produzido): 0,25 a 0,47
CUSTO MÉDIO INSTALAÇÃO: 0,38 € m-3 produzido59JQLevy set 2018 Açores
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Custo da energia:
40 a 50% da exploração
Consumo energético:
3,5 kWh m-3
Para 0,085 € kWh-1, será:
CUSTO DE EXPLORAÇÃO: 0,60 a 0,70 € m-3
60JQLevy set 2018 Açores
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CUSTO TOTAL DA DESSALINIZAÇÃO
0,98 a 1,30 € m-3
(1.000 a 5.000 m3 d-1)
61JQLevy set 2018 Açores
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Custos totais por metro cúbico de dessalinização de água salgada em Espanha (Latorre, M. 2004)
Custo total
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1970 1980 1985 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2001
Ano
€ m
-3
62JQLevy set 2018 Açores
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JQLevy set 2018 Açores 63
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JQLevy set 2018 Açores 64
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65
ESTAÇÃO DE DESSALINIZAÇÃO
DE PORTO SANTO
JQLevy set 2018 Açores
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66
Dessalinizadora de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
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67
Dessalinizadorade Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
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68
Galeria de captação
JQLevy set 2018 Açores
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69
Pré-tratamento
JQLevy set 2018 Açores
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70
Membranas
JQLevy set 2018 Açores
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71
Campo de golfe de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
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72
Campo de golfe de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
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Evolução dos sistemas de abastecimento de água - prospectiva
73JQLevy set 2018 Açores
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CONFERÊNCIA DO RIO, 1992
Agenda 21 - Ponto 18.2: Apela-se a todos os Estados para
implementarem actividades para melhorar a gestão
integrada dos Recursos Hídricos entre as quais “novas e
alternativas fontes de abastecimento de água, tal como
a dessalinização da água do mar e a reutilização e
reciclagem das A. R.”
(Agenda 21 - Programa de acção global para o desenvolvimento sustentavel no sec.XXl )
74JQLevy set 2018 Açores
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VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO
(ÁGUA)
Ø Aglomerados
0,85 a 1,50 € m-3 [120 a 200 m3 ano-1]
Ø Empreendimentos Turísticos e Indústrias
1,70 € m-3, médio [3.000 m3 mês-1]
2,20 € m-3, Algarve
75JQLevy set 2018 Açores
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VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO
(AR e RU)
• Tarifa de Saneamento Progressiva (AR)
• Tarifa de RU função do consumo de água
76JQLevy set 2018 Açores
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Sistema regional de águas residuaisETAR
77JQLevy set 2018 Açores
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Sistemas descentralizados de tratamento de águas residuais
R
ETAR
R
ETAR
78JQLevy set 2018 Açores
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Abastecimento tradicional de água
ETA B
C
RRede Primária
ETAR
79JQLevy set 2018 Açores
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Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a jusante
C
ETA B
R
R
Redes Primária e Secundária
ETAR
B
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Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a montante
C
ETA B
R
ETAR
Redes Primária e Secundária
B
81JQLevy set 2018 Açores
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Sistema de abastecimento de água com origens e fins múltiplos
B
R
BDESSALINIZADORA
REDES PRIM. E SECUN.
B
ETA
ETARC
82JQLevy set 2018 Açores
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A DESSALINIZAÇÃO PODERÁCONSTITUIR UM REFORÇO DOSACTUAIS SISTEMAS E VIABILIZAREMPREENDIMENTOS TURÍSTICOS EINDUSTRIAIS
A REUTILIZAÇÃO PODERÁ PERMITIRREDUZIR EM 1/3 OS VOLUMES DEÁGUA DOCE CAPTADOS PARA FINSDOMÉSTICOS
EM SÍNTESE:
83JQLevy set 2018 Açores