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FÁBIO MACHADO TEER

AVALIAÇÃO ECONÔMICA E AMBIENTAL DE UMA TECNOLOGIA D E REUSO

DE ÁGUA EM UMA PLANTA DE PRODUÇÃO DE CLORO E SODA C ÁUSTICA DA

EMPRESA CMPC - CELULOSE RIOGRANDENSE

CANOAS, 2011

FÁBIO MACHADO TEER




Trabalho de conclusão de curso para o curso de Engenharia Ambiental do Centro Universitário La Salle – Unilasalle, como exigência parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Ambiental.

Orientação: Profº. Me. Adriano de Souza Schorr

CANOAS, 2011.

FÁBIO MACHADO TEER




Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Ambiental pelo Centro Universitário La Salle – Unilasalle.

Aprovado pelo avaliador em 03 de dezembro de 2011.

______________________________________

Profº. Me. Adriano de Souza Schorr

UNILASALLE

Aos meus pais Alberto e Vera, meus anjos e maiores professores.

À minha irmã Luciane, minha grande amiga e parceira de vida.

À minha esposa Ana Luísa, que com seu amor e sua

alegria sempre me acompanha, me orienta e

me apóia em minhas decisões.

Aos meus colegas de trabalho e de estudo que,

me questionando e me incentivando,

contribuem para meu crescimento

intelectual e pessoal.

Dedico.

AGRADECIMENTOS

À Deus pela vida.

Aos meus queridos pais, Alberto e Vera, pelo apoio e amor incondicionais que levarei

por toda a vida.

À minha amada esposa, Ana Luísa, pela convivência que me faz aprender algo novo e

importante a cada dia e pelo estímulo e parceria permanente na luta por nossos sonhos.

Ao Mestre Adriano, pela orientação, pelas aulas divertidas de laboratório e saídas de

campo e pelos ensinamentos brilhantes, frutos de sua vasta experiência técnica e vivência

prática de engenharia.

Aos professores Tiago, Saulo e Rubens, pelas sugestões e críticas pertinentes que

vieram a enriquecer este trabalho.

Aos meus colegas de jornada acadêmica, pelos encontros nos barzinhos da Muck,

pelas risadas e belos momentos compartilhados.

Aos meus colegas de trabalho Clebson, Hugo, Pedro, Roni, Paulo e Cláudio, que

contribuíram na formulação do problema desta pesquisa trazendo suas experiências de

processo, fundamentais para a melhor compreensão do tema.

Aos meus colegas de turno Gilberto, Alcemir, Lindomar, Sérgio, Neide, Peterson,

Pereira, Valmir, Glemison e Alex, pelas inversões de horários de trabalho (chamados

benefícios) que possibilitaram minha dedicação aos estudos.

À empresa investigada, pelo espaço cedido aos estudos.

À todos aqueles que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste

trabalho.

Muito Obrigado!

“O mundo que criamos hoje, como resultado de nosso pensamento,

tem agora problemas que não podem ser resolvidos se pensarmos

da mesma forma que quando o criamos”.

Albert Einstein

APRESENTAÇÃO

Este trabalho foi desenvolvido na Empresa CMPC – Celulose Riograndense, uma

Empresa Brasileira e a maior fabricante gaúcha de celulose branqueada a partir de fibra curta

de eucalipto. A Unidade Industrial localiza-se em Guaíba, região metropolitana de Porto

Alegre, e opera uma fábrica de alta tecnologia com capacidade instalada para a produção de

450 mil toneladas anuais de celulose de mercado, destinadas à fabricação de papéis de higiene

pessoal e papéis especiais de alto valor agregado.

Ao longo deste estudo, serão apresentadas as avaliações realizadas na planta de

produção de químicos responsável por atender a demanda desta indústria, chamada planta de

cloro-soda, com o objetivo principal de avaliar a viabilidade econômica e ambiental de uma

tecnologia de reuso de água recentemente instalada na unidade.

O presente estudo fez parte da Disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC),

do curso de Engenharia Ambiental - Bacharelado, do Centro Universitário La Salle e teve a

orientação do Professor Me. Adriano de Souza Schorr.

RESUMO

Este trabalho, resultado de um estudo realizado na planta de produção de cloro e soda cáustica

da empresa Celulose Riograndense, buscou avaliar a viabilidade econômica e ambiental de

uma tecnologia de reuso de água – chamada processo de separação por membranas de

nanofiltração (PSM) – através da análise das mudanças ocorridas no desempenho produtivo

da planta. Para isso, foi utilizado o auxílio da ferramenta de produção mais limpa (P+L),

adaptando seus passos metodológicos às propostas desta pesquisa. Foram consideradas as

variações de vazão e concentração dos processos e os ajustes operacionais por meio de

acompanhamentos feitos em campo. Os resultados encontrados mostraram que, frente à

abordagem proposta neste estudo, o PSM não só remove a massa necessária do contaminante

(sulfato de sódio) como devolve 85% da vazão de cloreto de sódio ao processo sob forma de

matéria-prima já tratada. Isso equivale à redução dos custos com tratamento de água e com a

geração de efluentes em 12.240 m³/ano, também no consumo de sal marinho em 3358

ton./ano, representando uma economia de aproximadamente R$ 1.120.000,00/ano. Quanto aos

ganhos ambientais mais significativos, a instalação desta tecnologia evita que sejam lançadas

224 caçambas de sal/ano à ETE da empresa. As constatações apresentadas, bem como outras

também trabalhadas, como a diminuição no consumo de insumos, de energia e desvios

operacionais, comprovam que a tecnologia de reuso de água possui sustentação não só

ambiental como também econômica.

Palavras-chave: Purificação de salmoura. Cloro e soda cáustica. Reuso de água. Produção

mais limpa. Nanofiltração. Sistemas de membranas. PSM.

ABSTRACT

This paper, result from a study conducted at plant production of chlorine and caustic sodium

at Celulose Riograndense company, aimed to evaluate the economic and environmental

viability of a technology for water reuse - a process called nanofiltration membrane separation

(PSM) - by analysis of changes occurred in production performance of the plant. For that, was

made use of the instrument of cleaner production, adapting to its methodological steps

proposed on this study. Have been considered the variations of flow and concentration

processes, also operational settings by follow-up in the field. The results, considering the

proposal on this study, showed that PSM not just removes the necessary mass of the

contaminant (sodium sulfate) as well returns 85% of the sodium’s flow chloride to the process

like of raw material already treated. This is equivalent a reduction in water treatment costs

and the generation of effluents of 12,240 m³ / year, also the consumption of salt in 3358 ton /

year, representing a saving of R$ 1.120.000,00 / year approximately. About most significant

environmental gains, the installation of this technology helps to prevent dropped 224 buckets

of salt / year on ETE company. The findings presented, as well as others also worked on, like

the decrease on consumption of raw materials, energy and operational deviations, proves that

technology for water reuse has support not only environmental but also economics.

Key words: Brine purification. Chlorine and caustic sodium. Water reuse. Cleaner production.

Nanofiltration. Membrane systems. PSM.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Valores teóricos de produção. ............................................................................................. 28

Tabela 2 – Consumos teóricos por tonelada de soda produzida. ........................................................... 28

Tabela 3 – Efeito das impurezas nas membranas das células eletrolíticas. ........................................... 32

Tabela 4 – Concentração de cloreto de sódio – PSM fora de operação. ............................................... 67

Tabela 5 – Concentração de sulfato de sódio – PSM fora de operação. ............................................... 68

Tabela 6 – Concentração de sulfato de sódio – PSM em operação. ...................................................... 70

Tabela 7 – Concentração de cloreto de sódio – PSM em operação....................................................... 71

Tabela 8 – Monitoramento ambiental da empresa Celulose Riograndense. ......................................... 76

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Indústria de Celulose. .......................................................................................................... 24

Figura 2 – Fluxograma do processo de produção de celulose. .............................................................. 26

Figura 3 – Pátio de estocagem de sal. ................................................................................................... 30

Figura 4 – Tanque saturador de salmoura. ............................................................................................ 31

Figura 5 – Tanque clarificador de salmoura. ......................................................................................... 33

Figura 6 – Transbordo do tanque clarificador. ...................................................................................... 33

Figura 7 – Filtros primários de salmoura. ............................................................................................. 34

Figura 8 – Filtros secundários de salmoura. .......................................................................................... 35

Figura 9 – Torres de troca iônica. ......................................................................................................... 36

Figura 10 – Tanque de estocagem de salmoura pura. ........................................................................... 37

Figura 11 – Barramentos distribuidores de energia elétrica. ................................................................. 38

Figura 12 – Processos de troca iônica na membrana da célula eletrolítica. .......................................... 39

Figura 13 – Consumo de energia de um eletrolisador (tensão e corrente elétrica). .............................. 40

Figura 14 – Eletrolisador. ...................................................................................................................... 41

Figura 15 – Entradas e saídas da célula eletrolítica. .............................................................................. 42

Figura 16 – Fluxograma de remoção de sulfato por purgas. ................................................................. 42

Figura 17 – Fluxograma do processo de produção de cloro e soda cáustica. ........................................ 43

Figura 18 – Escala nanométrica de objetos naturais e artificiais. .......................................................... 46

Figura 19 – Entradas e saídas do PSM. ................................................................................................. 47

Figura 20 – Evolução das empresas rumo à produção mais limpa........................................................ 49

Figura 21 – Estratégias para a redução de resíduos. .............................................................................. 50

Figura 22 – Fluxograma dos passos para a implantação da P+L. ......................................................... 52

Figura 23 – Tecnologia de PSM. ........................................................................................................... 54

Figura 24 – Bomba de filtração de alta pressão. ................................................................................... 54

Figura 25 – Pressão da salmoura de alimentação. ................................................................................. 55

Figura 26 – Pressão da salmoura purgada. ............................................................................................ 56

Figura 27 – Rotâmetros dos permeados 1 e 2. ...................................................................................... 56

Figura 28 – Pressão do permeado. ........................................................................................................ 57

Figura 29 – Fluxograma simplificado dos fluxos no PSM. ................................................................... 59

Figura 30 – Fluxograma do esquema completo dos fluxos no PSM. .................................................... 60

Figura 31 – Envelopes de filtração. ....................................................................................................... 60

Figura 32 – Camadas de membranas. .................................................................................................... 62

Figura 33 – Elemento de membrana de nanofiltração. .......................................................................... 62

Figura 34 – Fluxograma de produção de cloro e soda cáustica. ............................................................ 64

Figura 35 – Fluxograma do PSM. ......................................................................................................... 64

Figura 36 – Fluxograma de produção mais PSM .................................................................................. 65

Figura 37 – Vazão de cloreto e sulfato por purgas. ............................................................................... 66

Figura 38 – Vazão de sulfato pelo PSM. ............................................................................................... 69

Figura 39 – Vazão de cloreto pelo PSM. .............................................................................................. 70

Figura 40 – Fluxograma do balanço de massas: PSM fora de operação. .............................................. 72

Figura 41 – Fluxograma do balanço de massas: PSM em operação. .................................................... 74

Figura 42 – Conjunto de membranas de nanofiltração. ......................................................................... 77

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14

1.1 Problema de Pesquisa .......................................................................................... 15

1.2 Justificativa ........................................................................................................... 15

2 OBJETIVOS ........................................................................................................ 17

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 18

3.1 Água ....................................................................................................................... 18

3.1.1 Água como Recurso ................................................................................................ 19

3.1.2 Consumo Industrial ................................................................................................ 19

3.1.3 Poluição da Água ................................................................................................... 19

3.1.4 Legislação da Água ................................................................................................ 20

3.2 Reuso de Água ...................................................................................................... 21

3.2.1 Aspectos Legais e Institucionais ............................................................................ 21

3.2.2 Aplicações do Reuso............................................................................................... 22

3.2.3 Reuso na Indústria ................................................................................................. 22

3.2.4 Tecnologia de Reuso de Água ................................................................................ 23

3.3 A Indústria de celulose ......................................................................................... 24

3.4 A Planta de Cloro e Soda ..................................................................................... 27

3.4.1 O Processo Produtivo ............................................................................................ 28

3.4.2 Tratamento Primário.............................................................................................. 29

3.4.2.1 Estocagem de Sal ................................................................................................... 29

3.4.2.1.1 Saturação de Salmoura ........................................................................................... 30

3.4.2.2 Precipitação de Impurezas ...................................................................................... 31

3.4.2.3 Filtração Primária e Secundária ............................................................................. 34

3.4.3 Tratamento Secundário .......................................................................................... 36

3.4.3.1 Sistema de Troca Iônica ......................................................................................... 36

3.4.3.2 Sistema de Aquecimento e Estocagem de Salmoura ............................................. 37

3.4.4 Eletrólise ................................................................................................................ 37

3.4.4.1 Células Eletrolíticas com Tecnologia de Membranas ............................................ 38

3.4.4.2 Reações Químicas e Eletroquímicas ...................................................................... 39

3.4.4.3 Relações entre Consumo Energético e Produção ................................................... 39

3.4.4.4 Descrição das Células Eletrolíticas ........................................................................ 40

3.4.5 Síntese do processo de produção de cloro e soda cáustica ................................... 43

3.5 Processos de Separação por Membranas (PSM) ............................................... 44

3.5.1 Processos de Separação por Membranas de Nanofiltração .................................. 44

3.5.1.1 Membranas de Nanofiltração ................................................................................. 45

3.5.1.2 Modos de operação dos fluxos nos PSM ............................................................... 48

3.5.1.3 Remoção de sulfato por nanofiltração .................................................................... 48

3.6 Produção Mais Limpa (P+L) ............................................................................... 49

3.6.1 A metodologia da P + L ......................................................................................... 50

4 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 53

4.1 Apresentação da tecnologia de PSM................................................................... 53

4.1.1 Descrição do Processo ........................................................................................... 54

4.1.1.1 Salmoura de alimentação ....................................................................................... 55

4.1.1.2 Salmoura Purgada .................................................................................................. 55

4.1.1.3 Salmoura Permeada ................................................................................................ 56

4.2 Dados do Processo ................................................................................................ 57

4.3 Parâmetros do Processo ....................................................................................... 58

4.3.1 Taxas de Fluxo de Salmoura de Alimentação ao SRS ........................................... 58

4.3.2 Temperatura ........................................................................................................... 58

4.3.3 Pressão ................................................................................................................... 58

4.3.4 pH ........................................................................................................................... 59

4.3.5 Concentração de Cloreto de Sódio ........................................................................ 59

4.3.6 Concentração de Sulfato de Sódio ......................................................................... 59

4.4 Fluxogramas do Processo de PSM ...................................................................... 59

4.5 Elementos de Membrana de Nanofiltração ....................................................... 60

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 63

5.1 Fluxogramas do Processo .................................................................................... 63

5.2 Diagnóstico Ambiental e de Processo ................................................................. 65

5.2.1 Vazões e Concentrações – PSM Fora de Operação .............................................. 66

5.2.2 Vazões e Concentrações – PSM em Operação ...................................................... 68

5.2.3 PSM Fora de Operação ......................................................................................... 72

5.2.4 PSM em Operação ................................................................................................. 73

5.3 Foco do Processo................................................................................................... 75

5.4 Avaliação Técnica, Ambiental e Econômica do Processo ................................. 76

6 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 80

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 82

ANEXO A: Método Analítico para Cloretos ....................................................................... 83

ANEXO B: Método Analítico para Sulfatos ........................................................................ 84

14

1 INTRODUÇÃO

Neste estudo buscou-se avaliar a viabilidade econômica e ambiental de um sistema de

reuso de água acompanhando o seu ciclo operacional através da análise das mudanças

apresentadas no processo de produção de uma planta de cloro e soda cáustica onde foi

inserido, pertencente à indústria Celulose Riograndense. A unidade de produção de cloro e

soda cáustica tem a finalidade de fornecer os produtos químicos necessários para atender todo

o processo produtivo desta indústria. Para isso utiliza como matéria-prima o sal (marinho ou

de mina) em combinação com água desmineralizada, gerando uma solução concentrada de

salmoura - ou cloreto de sódio (NaCl) - que é tratada, purificada e depois utilizada no seu

processo.

O tratamento da solução de salmoura consiste na remoção de impurezas presentes no

sal, entre outras o sulfato de sódio, que não é retirado nas etapas convencionais de tratamento:

filtração e precipitação química. A presença deste contaminante no processo representa um

alto potencial de problemas relacionados a perdas produtivas. Um dos métodos utilizado para

sua remoção é o de sistemas de purgas ou drenagens de salmoura, sendo enviados junto ao

contaminante grandes volumes de sais cloreto de sódio à estação de tratamento de efluentes

da empresa - ETE.

Nesta indústria, recentemente foi instalada uma tecnologia de reuso de água que

consiste de um sistema de remoção de sulfato por meio de separação por membranas de

nanofiltração (PSM). Esse sistema, chamado de sistema de remoção de sulfato, permite a

separação do contaminante (sulfato de sódio) da solução de cloreto de sódio.

Os estudos foram conduzidos para o conhecimento da nova tecnologia e para as

melhorias apresentadas no processo produtivo da planta de cloro e soda. Procurou-se propor

uma nova visão para o PSM, como não só um sistema de remoção de sulfato, mas também um

sistema que recupera materiais com a capacidade de melhorar o processo produtivo.

Esta pesquisa utilizou a metodologia da produção mais limpa (P+L), uma ferramenta

que monitora a eficácia dos processos produtivos. Esta ferramenta fornece tarefas que

auxiliam o entendimento através da mudança da maneira de enxergar a produção, diminuindo

os impactos negativos ao meio ambiente com medidas que têm como prioridade a utilização

mínima de insumos e a redução de resíduos e emissões.

Sendo assim, os aperfeiçoamentos propostos foram primeiramente para o

conhecimento técnico do PSM, relacionando seus parâmetros às condições operacionais da

planta de cloro-soda, considerando: dados documentais, consumos de matéria-prima e

15

insumos, médias das vazões do processo medidas em campo e testes analíticos realizados em

laboratório. Foram avaliadas as condições principais de interferência nesta etapa, tais como:

concentração de cloreto de sódio, concentração de sulfato de sódio e as vazões de processo

(entradas e saídas).

1.1 Problema de Pesquisa

O problema de pesquisa deste estudo buscou identificar se o reuso de água possui

sustentabilidade econômica e ambiental na indústria estudada, analisando a influência da nova

tecnologia aplicada no seu processo produtivo, condicionando a relação custo x benefício.

Isso porque, segundo Costa (2007), embora tecnologias iguais a esta sejam reconhecidas

como uma opção inteligente para a racionalização dos recursos hídricos e recuperação de

efluentes, ainda podem estar limitadas a contextos econômicos.

Em se tratando de questões relacionadas às reduções dos impactos produtivos

negativos sobre os recursos hídricos, sistemas de reuso de água carregam consigo um caráter

ambiental indiscutivelmente positivo, o que acaba atraindo investimentos que tendem a ser

cada vez maiores frente às exigências de mercado, contribuindo nas questões não só

ambientais como também sociais ligadas à imagem da empresa (TELLES; COSTA, 2007).

Na indústria em estudo, a tecnologia de reuso é apresentada como mais uma etapa

inserida no processo produtivo, julgada de alto custo operacional, que tem como função

(apenas) a remoção do contaminante sulfato de sódio, não sendo compreendida como uma

alternativa com alto potencial para evitar perdas e promover ganhos no processo.

1.2 Justificativa

Este trabalho justifica-se pela necessidade de adoção de técnicas e/ou tecnologias de

reuso de água que garantam uma qualidade de tratamento do efluente gerado que permitam o

seu reuso junto à fonte geradora, minimizando os problemas de escassez de água e garantindo

a qualidade do meio ambiente e da saúde das pessoas.

Com isso, pretendeu-se considerar o sistema de reuso adotado nesta indústria como

uma opção que não só remove o contaminante sulfato de sódio como compreende o controle

das perdas de matérias-primas, recuperando cloreto de sódio, água desmineralizada e

reduzindo os gastos de energia e, ainda, evita desperdícios de mão-de-obra, geração de

efluentes e aumento do consumo de água dos corpos hídricos.

16

Além das vantagens citadas, o estudo pretende mostrar que a indústria química,

embora seja muitas vezes associada a empreendimentos de potencial impacto negativo, pode

apresentar soluções viáveis de redução desses impactos, adaptando o seu processo às

regulamentações ambientais impostas e quem sabe até revertendo-os em impactos positivos.

17

2 OBJETIVOS

O presente trabalho de conclusão de curso (TCC) teve como objetivo geral a

verificação da viabilidade econômica e ambiental na aplicação de tecnologias de reuso de

água na indústria, baseado no estudo de um processo de separação por membranas de

nanofiltração (PSM) recentemente inserido em um processo de produção de cloro e soda

cáustica.

Objetivos específicos foram:

� Analisar tecnicamente o processo de separação por membranas de nanofiltração.

� Identificar os fluxos, dados e parâmetros dos processos: PSM e produção de cloro

e soda cáustica.

� Avaliar o desempenho operacional do processo de produção de cloro e soda

cáustica antes e após a implantação do PSM.

� Apresentar os ganhos econômicos e ambientais do processo produtivo da planta

de cloro e soda após a instalação da tecnologia de reuso de água.

18

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo, será apresentada a pesquisa bibliográfica referente aos temas estudados

e que norteia a estrutura deste trabalho. Serão abordados os principais conceitos referentes ao

estudo.

3.1 Água

A Terra é um Planeta constituído por água, pois 70% de sua superfície é coberta por

esse líquido essencial à vida e à manutenção dos ecossistemas, o que a torna um dos recursos

naturais mais abundantes do Planeta. Apesar de sua grande importância para a manutenção da

vida no planeta, a água é o recurso natural que mais sofre com a má gestão (MANCUSO;

SANTOS, 2003). Por isso, se mal gerido, pode acabar tornando-se finito.

A quantidade total de água disponível no planeta encontra-se distribuído da seguinte

maneira: 97% de toda a água do mundo é salgada; 2,2% encontram-se distribuídas nas calotas

polares e geleiras e apenas uma pequena quantidade de toda a água disponível, ou seja, 0,8% é

disponível e acessível para o consumo humano. Desta pequena fração de 0,8%, 97%

correspondem à água subterrânea e apenas 3% apresentam-se na forma de água superficial, de

extração mais fácil.

Assim como a poluição é um dos fatores responsáveis pela escassez de água, outro

fator que contribui para esse cenário é a má distribuição dos recursos naturais no espaço em

relação à concentração populacional. Mesmo possuindo grandes bacias hidrográficas que

cobrem cerca de 72% de todo território nacional, o Brasil sofre com a escassez de água

devido, principalmente, à má distribuição da densidade populacional dominante, que cresce

desordenadamente e concentra-se em área de pouca disponibilidade hídrica (TELLES;

COSTA, 2007).

De acordo com Telles e Costa (2007), a degradação dos recursos hídricos tem como

reflexo: a ineficiente coleta e tratamento das águas residuárias; o lançamento de esgotos sem o

devido tratamento nos recursos hídricos; a inapropriada destinação dos resíduos sólidos; o

desperdício; a falta de conscientização ambiental da população, dos empresários e dos

governantes etc.

Nesse contexto, tentando amenizar a problemática dos recursos hídricos, surge a

necessidade de implantação de novos projetos que concentrem as práticas de tratamento para

originar fontes de água para reuso.

19

3.1.1 Água como Recurso

Os mananciais mais acessíveis utilizados para as atividades sociais e econômicas da

humanidade são os volumes de água estocados nos rios e lagos de água doce, que somam

apenas 200 mil km³ (TELLES; COSTA, 2007). Segundo os mesmos autores, esta questão

vem chamando a atenção de estudiosos e especialistas no assunto, principalmente porque

estatisticamente é possível que este volume se esgote em 30 ou 40 anos, relacionando-o com a

má distribuição deste no espaço em relação à concentração populacional, considerando o seu

uso por uma população mundial de 5 a 6 bilhões de habitantes.

O recurso água deve fazer parte de qualquer matriz de planejamento de

desenvolvimento econômico, considerando-se, principalmente, a sua disponibilidade para este

fim.

3.1.2 Consumo Industrial

Do consumo total de água doce, uma grande parcela é direcionada para a indústria,

que em razão de suas diferentes atividades e tecnologias possuem uma diversificada gama de

usos, tais como: matéria-prima, reagente, veículo transmissor de calor, agente de

resfriamento, fonte de energia, entre outros (TELLES; COSTA, 2007).

Conforme as indústrias vão expandindo as suas atividades, expande-se também o

aumento no consumo de água para os processos de fabricação. Diante desse cenário, deve-se

dar atenção para a necessidade de gerenciamento à medida que a demanda cresce, assim como

o controle do auto-abastecimento das indústrias (TELLES et al., 2002 apud TELLES;

COSTA, 2007).

Segundo Telles e Costa (2007), a qualidade da água aplicada no setor industrial pode

variar conforme estudos de causas e efeitos de impurezas nela contida e o custo benefício de

cada tipo de aplicação. Do tipo de impureza da água decorrem modificações de suas

propriedades e de sua qualificação que, para ser utilizada em um ou outro setor, deverá ser

avaliada sob o prisma econômico, ou seja, benefícios x manutenção x segurança x custos de

purificação.

3.1.3 Poluição da Água

Sendo o ciclo da água na natureza indispensável à vida, a sua maior ou menor

20

abundância, portanto, é determinante para a configuração dos ecossistemas. As águas também

são o destino final de quase toda a poluição do meio ambiente. Tudo o que é jogado em ralos

de pias, em bueiros, privadas ou mesmo nos quintais, acaba interferindo no ciclo natural da

água (TELLES; COSTA, 2007).

As impurezas podem ser de natureza física, química e biológica. Para se analisar a

impureza, deve-se considerar o local de sua incorporação ao meio. E o seu controle tem por

objetivo preservá-lo, evitando ações deletérias nos corpos d’água, que serve como veículo

transmissor de doenças. No caso das indústrias, as águas utilizadas nos seus processos devem

passar por um tratamento (tratamento de efluentes) antes de serem devolvidas aos corpos

receptores, pois geralmente as impurezas presentes nessas águas são de natureza física,

química e biológica (TELLES; COSTA, 2007).

3.1.4 Legislação da Água

Mancuso e Santos (2003), afirmam que países da União Européia estão convencidos

de que a água doce é tão essencial para o desenvolvimento sustentável como para a vida.

Citam ainda que a água doce possua dimensões sociais, econômicas e ambientais

interdependentes e complementárias. Isso indica uma necessidade do envolvimento constante

das políticas públicas e da opinião pública, já que se tratam aqui os interesses de ambas as

partes.

A Política Nacional dos Recursos Hídricos foi instituída pela lei 9.433, de 8 de janeiro

de 1997, fixando fundamentos, objetivos, diretrizes e instrumentos capazes de indicar

claramente a posição e orientação pública no processo de gerenciamento dos recursos

hídricos. Esses fundamentos são as bases da Política Nacional dos Recursos Hídricos (PNRH)

(MANCUSO; SANTOS, 2003). São eles:

� A água é um bem de domínio público;

� A água é um recurso natural limitado e dotado de valor econômico;

� Em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo

humano e a dessedentação de animais;

� A gestão dos recursos hídricos de vê sempre proporcionar o uso múltiplo das

águas;

� A bacia hidrográfica é a unidade territorial básica;

� A gestão descentralizada e participativa do poder público.

O modelo atual de sociedade de consumo revela que as formas e as quantidades de

21

água consumida não serão capazes de satisfazer as demandas por produtos e serviços se não

adotados outros métodos para garantir a economia deste bem (MANCUSO; SANTOS, 2003).

3.2 Reuso de Água

Pode-se entender o reuso como sendo o aproveitamento do efluente após uma extensão

do seu tratamento, com ou sem investimentos adicionais. Nem todo o volume de efluente

gerado precisa ser tratado para ser reutilizado, porém existem casos em que estes efluentes

exigem um processo bastante específico de purificação (MANCUSO, 2003).

Muitas regiões com recursos hídricos abundantes, mas insuficientes para atender as

demandas excessivamente elevadas, também experimentam conflitos de usos e sofrem

restrições de consumo, que afetam o desenvolvimento econômico e a qualidade de vida

(MANCUSO; SANTOS, 2003). Sendo, portanto, o reuso de água uma opção inteligente no

mercado mundial, a necessidade de aplicação desta tecnologia, como já foi dito, está no

próprio conceito de sustentabilidade dos recursos ambientais (MANCUSO, 2003). As técnicas

de tratamento de efluentes já existem e podem ser aplicadas de acordo com a necessidade, o

custo e o objetivo que se deseja alcançar.

3.2.1 Aspectos Legais e Institucionais

A primeira regulamentação que tratou de reuso de água no Brasil foi a norma técnica

NBR-13.696, de setembro de 1977. Na norma, o reuso é abordado como uma opção à

destinação de esgotos de origem essencialmente doméstica ou com características similares.

A Política também estabelece diretrizes para o seu melhor aproveitamento. Na Lei

9.433, o capítulo IV trata dos instrumentos definidos para a gestão dos recursos hídricos,

como a outorga pelo direito de uso da água e a sua cobrança correspondente.

Com o crescente interesse pelo tema, o Conselho Nacional dos Recursos Hídricos

(CNRH), publicou a resolução 54, em 2005, que estabelece os critérios gerais para a prática

de reuso direto não potável de água. Nessa resolução, são definidas as cinco modalidades de

reuso de água: reuso para fins urbanos, agrícolas e florestais, ambientais, industriais e reuso

na aquicultura. Para cada modalidade, a Resolução é regulamentada e estabelece diretrizes.

22

3.2.2 Aplicações do Reuso

Para entender as diversas formas de reuso, deve-se lembrar que a disposição final do

efluente líquido de uma estação de tratamento, na maioria das vezes, é feita em corpos d’água.

Quando esta água é reutilizada, consideram-se algumas de suas aplicações como reuso,

mesmo de forma direta ou indireta, decorrentes de ações planejadas ou não (UNIÁGUA, 2005

apud TELLES; COSTA, 2007, p.99):

� Reuso indireto não planejado da água: é quando o efluente, após ser tratado ou não, é lançado em um corpo hídrico (lago, reservatório ou aquífero subterrâneo) onde ocorre a sua diluição e após um tempo de detenção, este mesmo corpo hídrico é utilizado como manancial, sendo efetuada a captação, seguida de tratamento adequado. � Reuso indireto planejado da água: Ocorre quando os efluentes tratados são descarregados de forma planejada nos corpos de água superficiais ou subterrâneos, para serem utilizados a jusante, de maneira controlada, no atendimento a algum benefício. � Reuso direto planejado das águas: Ocorre quando os efluentes, depois de tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do reuso, não sendo descarregados no meio ambiente. É o caso de maior ocorrência, com destino a indústria ou a irrigação. � Reciclagem de água: É o reuso interno da água, antes de sofrer qualquer tipo de tratamento ou ir para o descarte. A reciclagem funciona como fonte suplementar de abastecimento do uso original e é um caso particular do reuso direto planejado.

Todos os processos de tratamento e disposição final de efluentes devem ser

submetidos às avaliações periódicas de desempenho, tanto para determinar o grau de poluição

causado pelo sistema de tratamento implantado como par a avaliação do sistema de reuso em

si, para efeito de garantia do bom funcionamento do processo (MANCUSO; SANTOS, 2003).

Esta avaliação deve ser mais frequente e minuciosa nas áreas consideradas sensíveis do ponto

de vista de proteção de mananciais.

3.2.3 Reuso na Indústria

O setor industrial é muitas vezes encarado como responsável pelas emissões de

poluentes e de outros impactos ambientais de potencial significativos. Isso se deu devido ao

rápido crescimento econômico associado à falta de tecnologia sustentável, bem como a

exploração descontrolada dos recursos naturais (TELLES; COSTA, 2007). Este tema, por

consequência e por ter adquirido interesse público, desencadeou iniciativas políticas e

econômicas na indústria.

Além disso, são de grande importância os aspectos antieconômicos como corrosão,

23

incrustações e deposição de materiais sólidos nas tubulações, tanques e outros equipamentos

que são danosos aos processos produtivos, como alterações da solubilidade de reagentes nas

etapas de processamento e alterações das características físicas e químicas dos produtos finais.

3.2.4 Tecnologia de Reuso de Água

As tecnologias de reuso de água referem-se a alguns processos de operações unitárias,

empregados a fim de se recuperar as águas já utilizadas. Traz também as diretrizes para a

concepção de sistemas de tratamento, adequados aos vários tipos de reuso existentes.

Segundo Mancuso e Santos (2003, p. 291), entre as tecnologias de reuso existente,

temos:

� Lagoas de estabilização (aeradas aeróbias e anaeróbias, facultativas e de maturação); � Filtros biológicos; � Lodos ativados; � Processo de nitrificação e desnitrificação biológica; � Processo de coagulação, floculação e sedimentação; � Processo de recarbonatação e recarbonetação; � Processo de remoção de amônia por arraste com ar; � Processo de remoção de amônia por cloração; � Processo de ozonização; � Processo de adsorção em carvão ativado; � Processo de troca iônica; � Processos de separação por membranas semipermeáveis; � Processos de separação por membranas com força motriz (osmose reversa, nanofiltração, ultrafiltração e microfiltração); � Processos de separação por membranas que não usam força motriz (permeação, difusão gasosa, pervaporação, membrana para arraste e distilação por membranas); � Operação por diálise (diálise, diálise de Donnan e eletrodiálise).

Cada tecnologia de tratamento de água é definida em razão de três requisitos: as

características do líquido a ser tratado, os objetivos futuros pretendidos com o tratamento e a

capacidade de remoção de cada sistema.

Quando se trata de reuso de água, dada a grande variedade da fonte, acaba sendo

grande também a variedade de sistemas, ou sequências de processos possíveis de serem

concebidos. Essas sequências de processos produtivos geram um efluente com qualidade

variada para usos benéficos potenciais (MANCUSO, 2003). Então, a ordem e as necessidades

dos processos se dão baseadas em experiências comprovadas através da operação das

instalações e das interrelações entre os processos, sendo a conclusão discutida de acordo com

os níveis de qualidade do projeto, junto aos seus gastos.

24

3.3 A Indústria de celulose

A celulose é um composto natural existente nos vegetais, de onde é extraída, podendo

ser encontrada nas raízes, tronco, folhas, frutos e sementes. É um dos principais componentes

das células vegetais que, por terem forma alongada e pequeno diâmetro (finas), são

frequentemente chamadas “fibras”. Os outros componentes encontrados, entre os principais,

são a lignina e as hemiceluloses.

Existem muitos processos industriais diferentes para a preparação de pasta celulósica,

desde os puramente mecânicos até os químicos, nos quais a madeira é tratada com produtos

químicos sob pressão e pela ação de calor (temperaturas maiores que 150° C), para dissolver a

lignina, havendo inúmeras variações entre os dois extremos. Os principais processos para a

produção de celulose são: processo mecânico (MP), termomecânico (TMP), semiquímico,

químico – Kraft, químico – sulfito e processo químico – sulfato.

A figura 1 abaixo mostra uma indústria de celulose que normalmente é constituída de

várias fábricas particulares, formando assim o seu processo e sendo responsáveis por cada

etapa da produção. Cada uma dessas pequenas fábricas faz uso específico de água nos seus

circuitos. Também o uso de produtos químicos é indispensável para a obtenção da matéria-

prima e do produto final, a celulose.

Figura 1 – Indústria de Celulose.

Fonte: Celulose Riograndense, 2009.

A indústria de celulose faz uso extensivo de água, elemento essencial para o

processamento da madeira e meio para transporte da polpa celulósica (bombeamento) entre os

diversos estágios do processo. O volume e as características dos efluentes consequentemente

25

gerados pela indústria variam e dependem do processo de fabricação, do tipo de madeira e dos

equipamentos utilizados.

No processo químico – Kraft, a produção de celulose pode ser dividida em quatro

partes principais: preparação de matérias-primas, deslignificação química em circuito fechado

recuperando-se energia, branqueamento com circuito aberto e sistema de tratamento de águas

residuárias. Todas essas etapas consomem significativos volumes de soda cáustica nos

processos. A figura 2 esquematiza o processo de produção de celulose destacando, em

vermelho, os consumos de soda cáustica nas etapas.

26

Figura 2 – Fluxograma do processo de produção de celulose.

Fonte: Adaptado de PIOTTO, 2003.

A matéria-prima essencial do processo são as fibras de celulose, virgens ou recicladas

que, adicionadas a diferentes constituintes e após o processamento, se transformam no

produto final desejado. Essas fibras são originadas, em sua maioria, da madeira, no caso o

eucalipto. A composição natural da madeira de eucalipto é de 50% água e a fração sólida é

composta por aproximadamente 45% de celulose, 25% de hemicelulose; 25% de lignina e os

5% restantes são materiais orgânicos e inorgânicos (PIOTTO, 2003).

Na indústria de celulose, assim como em outras indústrias do ramo químico, a água e

os produtos químicos participam significativamente de cada etapa do processo de produção,

apresentando diversos níveis qualitativos por eles definidos. Neste aspecto, o processo

industrial representa um dos setores que mais podem pensar o uso de água. Além disso, a

adequação qualitativa da água ao seu uso também é um dos pontos que podem reduzir custos,

se tratados estes consumos.

No processo Kraft, a madeira em forma de cavacos é tratada em vasos de pressão,

denominados digestores, com soda cáustica e sulfeto de sódio. É um processo químico que

visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras, obtendo-se dessa maneira uma

pasta forte (daí a nomenclatura Kraft, que significa forte em alemão), com rendimento entre

50 a 60 %.

27

O cloro e a soda cáustica consumidos no processo são fornecidos por plantas de cloro

e soda, unidades de produção de químicos da indústria. Uma parte do cloro produzido é

utilizado para produzir ácido clorídrico que é uma das matérias primas para produzir dióxido

de cloro, principal produto utilizado para branquear a polpa. O cloro também é utilizado para

produzir hipoclorito de sódio. O gás hidrogênio gerado na fabricação de cloro e soda é

lançado na atmosfera, sob pressão e temperatura controlada (PIOTTO, 2003).

Os principais consumos de soda cáustica na fabricação de celulose são: no

branqueamento para neutralizar a polpa e na caustificação para gerar o licor branco, que é

utilizado no cozimento da madeira para a produção da polpa de celulose. Também se utiliza

soda cáustica em menores proporções na estação de tratamento de efluentes (ETE), na estação

de tratamento de águas (ETA), na produção de hipoclorito de sódio, na desmineralização e na

produção de papel.

3.4 A Planta de Cloro e Soda

Segundo Jardin Júnior (2006), a cadeia do cloro (Cl2), da soda (NaOH) e de seus

derivados constituem uma das mais importantes atividades econômicas do mundo. Expressa

uma extensa rede de produção, tendo alguns dos principais consumidores os seguintes setores

da economia (JARDIN JÚNIOR, 2006):

� Papel e celulose;

� Química e petroquímica;

� Alimentos;

� Bebidas;

� Tratamento de água;

� Embalagens.

Na indústria de cloro e soda as principais matérias-primas são: energia elétrica, sal

(cloreto de sódio) e água desmineralizada. As tabelas 1 e 2 abaixo mostram,

consecutivamente, os números de produção da planta estudada e os seus dados de consumo.

28

Tabela 1 – Valores teóricos de produção.

Produção da Planta de Cloro e Soda

Número de Eletrolisadores com 76 células Cl2 100% (ton./dia)

NaOH (100%) (ton./dia)

H2 (100%) (ton./dia)

2 59,1 66,7 1,65

Fonte: Adaptado de INTER-UHDE, 1991.

Tabela 2 – Consumos teóricos por tonelada de soda produzida.

Consumos Unitários Produto Quantidade Unidade/dia Energia 144 kW

Sal Marinho ou de mina 1,53 ton. HCl 33% 67,1 kg

Na2CO3 2,3 kg NaOH 32% 22,9 kg

Água Sulfitada 12,39 kg Água Desmineralizada 14,44 m³

Vapor 46 kg Fonte: Adaptado de INTER-UHDE, 1991.

Da mistura destes dois últimos obtém-se a salmoura, a qual deve ser tratada para

remover as impurezas agregadas ao sal durante a sua obtenção antes de seguir para a

alimentação das células eletrolíticas. No interior das células eletrolíticas ocorre a reação de

eletrólise da salmoura dando origem aos produtos finais: ao gás cloro, ao gás hidrogênio e ao

produto mais desejado do processo, à soda cáustica (INTER-UHDE, 1991).

Para a produção de cloro e soda cáustica existem três processos desenvolvidos

industrialmente. O nome de cada tecnologia está ligado ao tipo de célula eletrolítica utilizada:

mercúrio diafragma ou membrana.

A evolução tecnológica nos processos de produção de cloro e soda cáustica trouxe o

surgimento da célula de membrana, sendo esta tecnologia a utilizada no processo estudado.

3.4.1 O Processo Produtivo

O processo de produção da planta de cloro e soda depende diretamente da pureza da

salmoura (NaCl), matéria-prima principal para a fabricação dos seus produtos finais. Portanto,

depende condicionalmente da remoção das impurezas presentes no sal, marinho ou de mina,

entre outros cuidados que são parâmetros importantes para o bom funcionamento e controle

29

desta operação. As células onde acontecem as reações para a geração de cloro e soda utilizam

tecnologia de membranas. Esta tecnologia requer um cuidado específico quanto à presença de

impurezas e por isso a matéria-prima (salmoura) deve ser tratada e purificada. O quadro 1

abaixo apresenta a composição teórica média de sal marinho com suas principais impurezas,

destacando o íon sulfato.

Quadro 1 – Composição do sal marinho.

Composição do Sal Marinho NaCl 96,00% min. SO42- 0,21% máx.

Ca2+ ou Ca++ 0,07% máx. Mg2+ ou Mg++ 0,05% máx.

Insolúveis 0,10% máx.

Fonte: Adaptado INTER-UHDE, 1991.

Segundo o manual Interuhde (1991), o processo de tratamento da salmoura, ou seja, a

retirada de íons e substâncias indesejáveis engloba as seguintes etapas de processo:

� Tratamento primário: estocagem de sal, saturação de salmoura, filtração primária

e secundária;

� Tratamento secundário: troca iônica, sistema de aquecimento e estocagem;

� Eletrólise;

� Descloração de salmoura.

3.4.2 Tratamento Primário

O tratamento primário, como o próprio nome sugere, é a etapa do processo onde se

inicia a retirada dos contaminantes presentes no sal marinho. Isso acontece por meio de

processos físicos, como filtração mecânica, e químicos, como reações químicas. Esta primeira

fase do processo é constituída de: estocagem de sal, saturação de salmoura, filtração primária

e filtração secundária.

3.4.2.1 Estocagem de Sal

O sal marinho a granel é recebido através de barca no porto da cidade de Rio Grande,

no extremo sul do estado e transportado até a estocagem da empresa através de caminhões

30

basculantes, onde é descarregado na área de manobra/descarregamento, chamada de pátio de

estocagem de sal. O pátio de estocagem de sal, representado na figura 3 abaixo, ocupa uma

área de 342 m² e tem capacidade para estocar até 6.000 toneladas de sal marinho (INTER-

UHDE, 1991).

Figura 3 – Pátio de estocagem de sal.

Fonte: Autoria própria, 2011.

Para a formação da pilha de sal representado na figura 1, o sal descarregado na área de

manobras precisa ser remanejado usando o auxílio de máquinas pás carregadeiras.

3.4.2.1.1 Saturação de Salmoura

O sal é retirado da pilha de sal por intermédio de máquinas pás carregadeiras com

caçambas de 1 m³ e levado para os saturadores (diluidores), fossas de saturação dupla em

concreto revestido com volume de 80m³. Cada saturador tem capacidade de saturar 60 m³/h de

salmoura correspondente a um consumo de sal de 6,5 toneladas de NaCl/h, adequado a

produção total da planta (INTER-UHDE, 1991).

Para a planta de cloro e soda, onde é necessário gerar grandes volumes de salmoura

para abastecer a eletrólise, a dissolução do sal deve ser contínua. É importante controlar o

período referente à operação de cada saturador, representado na figura 4 abaixo, que deve ser

alternado para permitir a retirada de parte das impurezas presentes no sal que precipitam e se

depositam no fundo do tanque (INTER-UHDE, 1991).

31

Figura 4 – Tanque saturador de salmoura.


A salmoura produzida na saturação apresenta uma concentração de 295-315 g NaCl/l e

é denominada salmoura bruta (nome referente ao início do processo). A salmoura bruta é

enviada às etapas seguintes por intermédio de bomba centrífuga e a vazão controlada por

intermédio de válvulas automáticas.

3.4.2.2 Precipitação de Impurezas

O sal, marinho ou de mina, contém impurezas que são prejudiciais às membranas

instaladas nos eletrolisadores. As principais impurezas presentes no sal são: magnésio (Mg2+

),

cálcio (Ca2+

), estrôncio (Sr2), sulfato (SO

4

2-), sílica (SiO

2) e alumínio.(Al

3+).

Estas impurezas são eliminadas por procedimentos operacionais ou pela adição de

reagentes que as tornam insolúveis, fazendo com que precipitem e desta forma sejam

separadas da solução de NaCl (INTER-UHDE, 1991).

O efeito que cada impureza causa na membrana pode ser visto na tabela 3 abaixo.

32

Tabela 3 – Efeito das impurezas nas membranas das células eletrolíticas.

IMPUREZA FONTE LIMITE TRATAMENTO DADO EFEITO FÍSICO

EFEITO NO PROCESSO

Cálcio Sal < 20 ppb

Tratamento Químico Troca Iônica

Precipita na membrana

Pode reduzir a EC na eletrólise para 80%

Magnésio Sal < 20 ppb Tratamento Químico

Troca Iônica Precipita na membrana

Aumento da tensão nas células

Estrôncio Sal < 400 ppb Troca Iônica Precipita na membrana

Reduz EC na eletrólise em 3% e aumenta a tensão em 50mV

Bário Sal < 500 ppb Tratamento Químico Troca Iônica (<<Ca)


Menos severo que Cálcio e Estrôncio; reduz EC na

eletrólise e pequeno aumento de tensão nas células

Sulfato Sal SO2

8 g/L Purga

Nanofiltração Precipita na membrana

Declínio na eficiência de corrente (EC) nas células para

93%

Alumínio Sílica

Sal

Al < 100 ppb

SiO2 < 6ppm

pH saturador Tratamento Químico


Reduz EC nas células para 90-93%


Portanto, devido aos danos causados no processo as impurezas devem ser eliminadas.

Um primeiro controle de remoção destas impurezas é feito pela adição de reagentes que as

mantém insolúveis e separadas da solução de cloreto de sódio.

Os insumos utilizados na precipitação das impurezas são Na2CO

3 e NaOH, que

reagem segundo as reações:

� Mg2+ + 2 NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na+

� Fe3+ + 3 NaOH → Fe(OH)3↓ + 3Na+

� Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na+

Desta forma, segundo inter-uhde (1991), mantendo-se um excesso de

aproximadamente 100 mg/l de NaOH e de aproximadamente 150 mg/l de Na2CO

3 na solução

de salmoura, consegue-se manter uma concentração de Mg2+

igual a 1 mg/l, de Ca2+

entre 5-

10 mg/l e de SO4

2- em torno de 7 g/l. Conforme mostra a tabela 1, o SO

4

2- é eliminado através

da purga da salmoura desclorada no tanque de salmoura desclorada para o efluente ou através

de separação por membranas no PSM.

33

Após a formação do precipitado a solução de salmoura passa por um tanque

decantador de 600m³ de volume chamado de clarificador (figura 5). A operação do

clarificador mantém um melhor desempenho quando existe uma relação Ca/Mg na salmoura

maior que 1 – 5 (um para cinco).

Figura 5 – Tanque clarificador de salmoura.


A solução de salmoura clarificada, assim denominada após esta etapa, transborda pelo

topo do clarificador (figura 6) enquanto que os precipitados são removidos pelo fundo e

enviados à ETE da empresa.

Figura 6 – Transbordo do tanque clarificador.


34

3.4.2.3 Filtração Primária e Secundária

Esta etapa do tratamento de salmoura visa retirar da salmoura clarificada os sólidos

finos não decantados no clarificador e está dimensionada para atingir uma salmoura

virtualmente limpa e isenta de sólidos em suspensão após a filtração secundária (INTER-

UHDE, 1991).

A unidade de filtração é constituída por três filtros primários e dois filtros secundários.

Os filtros primários (figura 7) são de 25,5m³ de volume cada e do tipo filtro de areia, com

leito de antracito no lugar da areia.

A vazão de salmoura é distribuída entre dois dos três filtros primários e é

recomendável a retrolavagem de um filtro em intervalos regulares de 16 horas.

Figura 7 – Filtros primários de salmoura.


Conforme o quadro 2, os filtros primários foram dimensionados para operar da

seguinte forma:

35

Quadro 2 – Sistema operacional de filtros.

FILTROS PRIMÁRIOS

134 135 136

Filtrando Filtrando Retrolavando

Filtrando Retrolavando Filtrando

Retrolavando Filtrando Filtrando

Fonte: adaptado de INTER-UHDE, 1991.

Já os filtros secundários têm a função de prevenir a passagem de impurezas em forma

de lama para os reatores de troca iônica no caso de haver uma sobrecarga na operação dos

filtros primários.

A filtração secundária é composta por dois filtros de 3,4m³ de volume cada, contendo

140 cartuchos de fio de polipropileno descartáveis como elemento filtrante para filtração em

profundidade (INTER-UHDE, 1991). O esquema de operação dos filtros secundários é: 1

filtro em operação e o outro em retrolavagem ou espera. Este filtro está representado na figura

8, a seguir.

Figura 8 – Filtros secundários de salmoura.


O filtrado deixa o filtro secundário pelo topo e segue via bomba para os reatores de

troca iônica.

36

3.4.3 Tratamento Secundário

A unidade de tratamento secundário de salmoura é constituída pelos sistemas de troca

iônica, aquecimento e estocagem de salmoura super pura.

3.4.3.1 Sistema de Troca Iônica

Informações no manual da inter-uhde (1991), descrevem que o sistema de troca iônica

foi projetado para tratar 60 m³/h de salmoura contendo 10 ppm de Ca2+

e Mg2+

, baixando seu

teor para abaixo de 30 ppb, adequando desta maneira a salmoura para a alimentação das

células nos eletrolisadores.

O sistema de troca iônica é composto por duas torres de troca iônica de 6m³ de volume

que operam em série, sendo que a segunda torre funciona como segurança, uma vez que cada

torre está dimensionada para operar sozinha durante a regeneração da resina da outra torre

(INTER-UHDE, 1991).

As torres, representadas na figura 9 abaixo, são recheadas com 3 m³ de resina

catiônica, de alta seletividade para estrôncio, cálcio e magnésio.

Figura 9 – Torres de troca iônica.


A operação de troca iônica pode ser representada pela seguinte reação (INTER-

UHDE, 1991): Ca2+ + Na2-R → Ca-R + 2 Na+. Esta reação ocorre até atingir o ponto de

equilíbrio (ponto de saturação da resina).

37

O manual da inter-uhde (1991), cita que após sofrer muitas regenerações parte das

partículas de resina se rompe devido ao excessivo número de expansões e contrações ou

devido ao atrito entre as mesmas. Desta forma está prevista uma perda de aproximadamente

10% do volume de resina após 200 regenerações.

3.4.3.2 Sistema de Aquecimento e Estocagem de Salmoura

A salmoura, nesta etapa chamada de salmoura pura, proveniente da troca iônica é

transferida para o tanque de estocagem de salmoura pura com 100m³ de volume (figura 10).

Figura 10 – Tanque de estocagem de salmoura pura.


Esta etapa do processo visa manter a solução de salmoura aquecida a uma temperatura

ideal para a alimentação das células eletrolíticas acima de 60°C. Esta temperatura é ajustada

por um trocador de calor através de água de resfriamento ou vapor.

3.4.4 Eletrólise

O princípio de operação das células eletroquímicas são as reações de oxi-redução, que

produzem ou consomem elétrons em fases isoladas na célula. Essas fases são chamadas

eletrodos e têm que ser bons condutores eletrônicos. Em operação, a célula (ou uma série de

células) é conectada a uma fonte de tensão externa, conforme representado na figura 11, e a

carga elétrica é transferida pelos elétrons entre os eletrodos pelo circuito externo.

38

Figura 11 – Barramentos distribuidores de energia elétrica.


O circuito elétrico através da célula é completado pelos eletrólitos. O eletrodo onde

ocorre uma reação iônica produtora de elétrons é o anodo; o eletrodo no qual ocorre uma

reação de consumo de elétron é chamado de catodo. A direção do fluxo de elétron no circuito

externo é sempre do anodo (+) para o catodo (-).

3.4.4.1 Células Eletrolíticas com Tecnologia de Membranas

Informações obtidas no manual da inter-uhde (1991), salientam que as membranas de

troca iônica em si são o elemento principal do sistema das células de membrana. Ela age

como separador entre o compartimento anódico e catódico da célula. A efetividade de uma

membrana como instrumento de separação entre os compartimentos anódico e catódico define

a eficiência de corrente da célula.

A membrana de troca iônica das é seletiva a cátions sódio (Na+), não permitindo a

passagem de íons hidroxila (OH-) para o compartimento do anodo, tendo desta forma, uma

alta eficiência de corrente (INTER-UHDE, 1991).

A figura 12 a seguir ilustra o processo de geração de cloro e soda no interior da célula

de membrana.

39

Figura 12 – Processos de troca iônica na membrana da célula eletrolítica.

Fonte: INTER-UHDE, 1991.

3.4.4.2 Reações Químicas e Eletroquímicas

A reação bruta para a formação de cloro, soda cáustica e hidrogênio de uma solução

de cloreto de sódio pode ser expressa como segue: NaCl + H2O → 1/2 Cl2 + 1/2 H2 + NaOH.

Esta reação consiste nas duas reações do anodo e do catodo: reação anódica e potencial de

descarga.

3.4.4.3 Relações entre Consumo Energético e Produção

A relação quantitativa entre a produção e a quantidade de corrente elétrica passando

pela solução eletrolítica é dada por duas leis fundamentais de Faraday, que são a base de todos

os cálculos eletroquímicos:

1) As quantidades de substâncias liberadas nos eletrodos são diretamente

proporcionais à quantidade de eletricidade passando pelo eletrólito.

2) As massas de diferentes substâncias liberadas pela mesma quantidade de

eletricidade estão na proporção de seus equivalentes químicos.

40

Na prática, o consumo de eletricidade para eletrólise de cloretos alcalinos não são

expressas em termos de ampére-segundos, mas em termos de kilo-ampére-horas, isto é, 3,6 x

106 ampère- segundos (26,8014 kAh por kg equivalente). A figura 13 representa o consumo

de energia referente a um eletrolisador, conjunto com 86 elementos de membrana.

Figura 13 – Consumo de energia de um eletrolisador (tensão e corrente elétrica).


3.4.4.4 Descrição das Células Eletrolíticas

Os 86 elementos, ou células, de um eletrolisador estão suspensos por uma estrutura

metálica, conforme figura 14. Para a transmissão de corrente, os elementos individuais de um

eletrolisador estão divididos em 4 blocos de no máximo 21-22 elementos cada e comprimidos

contra os pontos fixos de contato da estrutura por meio de elementos de fixação. As

tubulações estão instaladas por baixo das células (INTER-UHDE, 1991).

41

Figura 14 – Eletrolisador.


As células são do tipo individual com carcaças soldadas aos eletrodos. Para os anodos

é usado titânio (ativado) e para os catodos é usado níquel (não ativado).

Os fluxos de alimentação de salmoura e de soda cáustica de cada eletrolisador são

controladas e ajustadas por medidores de fluxo/válvulas manuais, sendo o fluxo de salmoura

uma média de 3,0 - 4,5 l/s e de soda cáustica 4,4 l/s e dispõem de um medidor de vazão para

cada eletrolisador (INTER-UHDE, 1991).

As entradas e saídas estão representadas na figura 15 abaixo.

42

Figura 15 – Entradas e saídas da célula eletrolítica.

Fonte: INTER-UHDE, 1991.

Após a saída das células eletrolíticas parte da salmoura é transferida novamente aos

saturadores e outra parte é enviada ao sistema de remoção de sulfato (PSM) ou drenada para a

ETE da empresa. Quando o PSM está parado, funciona o sistema de purgas, quando o PSM

entra em operação, o sulfato é removido pela filtração das membranas do PSM. Opta-se pela

salmoura desclorada por apresentar maior concentração de sulfato e menor de cloreto.

A figura 16 mostra o sistema de remoção do contaminante sulfato de sódio por purgas,

método de retirada de impureza utilizado quando o PSM está fora de operação. as etapas do

processo até a saída das células eletrolíticas, onde já ocorreu a geração dos produtos. Parte da

solução de salmoura retorna para o início do processo e outra parte é drenada para a ETE da

empresa com o objetivo de remover o contaminante sulfato nela presente.

Figura 16 – Fluxograma de remoção de sulfato por purgas.


43

3.4.5 Síntese do processo de produção de cloro e soda cáustica

A salmoura bruta obtida por dissolução de sal marinho ou de jazidas subterrâneas

(salgema) em água, deve ser purificada antes de poder ser eletrolisada. O processo de

purificação visa eliminar da solução as impurezas presentes no sal.

No caso das células de membrana, a salmoura deve ainda ser submetida a uma

purificação maior, mediante resinas de troca iônica que retém os teores residuais de cálcio e

magnésio.

A única impureza que não pode ser removida nas etapas convencionais de tratamento

é o sulfato de sódio, que permanece presente durante todo o processo. Os meios possíveis de

remoção deste contaminante são: ou por drenagens da solução, onde são enviados grandes

volumes de salmoura à ETE da empresa; ou através da separação por membranas de

nanofiltração, onde são devolvidos ao processo produtivo os volumes de salmoura e

descartado grande parte do contaminante.

A figura 17 ilustra o processo de purificação de salmoura e consequente produção de

cloro e soda cáustica, enfocando a presença do contaminante sulfato de sódio em todo o

decorrer do processo.

Figura 17 – Fluxograma do processo de produção de cloro e soda cáustica.


44

As concentrações de cloreto e de sulfato são medidas por análises nos laboratórios da

empresa e as vazões do processo realizadas em campo. As medidas de vazão são conferidas

por cubagens (PSM parado) e por registros de medições de fluxo através de instrumento

(PSM em operação).

3.5 Processos de Separação por Membranas (PSM)

Os avanços tecnológicos ocorridos nos últimos 30 anos impulsionaram o uso dos

processos de separação por membrana (PSM), os quais estão se tornando cada vez mais

importantes frente as necessidade de se reaproveitar soluções nos processos produtivos,

apresentando eficiência e flexibilidade de operação (MANCUSO, 2003).

Os processos com membranas podem ser utilizados em diversos tipos de separação,

constituindo numa inovação, com algumas vantagens sobre os processos usuais de separação,

tais como a baixa demanda energética e melhor qualidade dos produtos, possibilitando com

isso o reuso em seus sistemas de origem (ALVES, 2006).

Segundo Mancuso (2003), os processos com membranas promovem a separação dos

contaminantes nas soluções sem que haja mudança de fase dos componentes, o que significa

uma considerável economia de energia.

Os PSM são geralmente diferenciados em função da natureza da força motriz

empregada para o transporte dos componentes através da membrana e em função das

características da membrana utilizada. Segundo Alves (2006), os principais PSM utilizam

como força motriz o gradiente de potencial elétrico e/ou gradiente de potencial químico, este

último pode ser expresso em termos de gradiente de pressão entre os dois lados da membrana.

A microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) – foco deste estudo – e osmose

inversa (OI). Seguindo esta ordem de seletividade, esses são exemplos de PSM que se

utilizam de gradiente de pressão como força motriz e que utilizam membranas com poros de

diâmetro cada vez menores, o que possibilita a separação de materiais com diferentes

dimensões.

3.5.1 Processos de Separação por Membranas de Nanofiltração

A nanofiltração (NF), processo de separação por membranas (PSM) cuja força motriz

é o gradiente de pressão, e que apresenta uma seletividade diferenciada para íons em solução,

inicialmente sofreu certa discriminação, pois processos de reuso de água iguais a este eram

45

vistos como inviáveis (MICHAEL, 1990 apud ALVES, 2006). Primeiro tecnicamente, pelo

fato de qualquer tecnologia nova enfrentar problemas relacionados ao desconhecimento e

segundo economicamente, porque o preço das primeiras membranas comerciais era elevado,

criando um possível mito de que se tratava de uma técnica cara e de difícil aplicação prática.

Hoje, a técnica vem se mostrando viável já que o preço dos sistemas está diminuindo,

mas as dúvidas em relação ao seu custo x benefício ainda são presentes. Isso devido às suas

evoluções tecnológicas, que fizeram com que os PSM criassem espaços na indústria em

função de resultados promissores percebidos com relação à eficiência e flexibilidade de sua

aplicação (ALVES, 2006). A tecnologia vem sendo acompanhada e, pouco a pouco, vem

sendo encarada como uma tecnologia econômica e ambientalmente viável para o tratamento

dos mais variados usos da água, sejam águas salobras ou efluentes com salinidade variada

(MULDER, 1991 apud ALVES, 2006).

Além disso, independente da finalidade, a NF, geralmente, não é encarada como um

processo alternativo, e sim como um coadjuvante quando se deseja alcançar uma melhoria na

qualidade do tratamento ou ainda uma diminuição de custos de produção, já que oferece

oportunidade de reaproveitamentos diversos no processo produtivo (MULDER, 1991 apud

ALVES, 2006).

Uma aplicação em que a eficiência da NF vem se mostrando interessante, é a

dessulfatação de soluções, ou seja, a remoção dos íons sulfato de soluções como a de cloreto

de sódio, foco analisado neste estudo.

3.5.1.1 Membranas de Nanofiltração

As membranas de NF são porosas, com tamanho médio de poros na ordem dos

nanômetros. A figura 18 apresenta uma comparação em escala para representar um

nanômetro.

46

Figura 18 – Escala nanométrica de objetos naturais e artificiais.

Fonte: Instituto Inovação, 2005.

Estudos indicam que a separação ocorre, principalmente: por efeito da exclusão por

tamanho, interações eletrostáticas entre a membrana e espécies carregadas, diferenças de

difusividade e solubilidade, diferenças de energia superficial e exclusão dielétrica

(KOSUTIC, 2004; LABBEZ, 2003; PONTIDA, 2003 apud ALVES, 2006). Isto, dependendo

da morfologia da membrana aplicada ao sistema.

O processo de separação por meio de membrana semipermeável é utilizado para a

separação de soluções em água. Segundo Mancuso (2003), o mecanismo de separação ocorre

quando o solvente alimentado nos poros das membranas, em decorrência de uma força, como

já visto uma força motriz que comanda o processo, é separado em duas partes: o denominado

concentrado, que é a corrente rica em partículas maiores e que, por isso, não passam pela

membrana; e o que corresponde ao fluxo tratado, onde são encontradas poucas ou nenhuma

partícula maior, é denominado permeado ou filtrado. Os fluxos de entrada (alimentação) e

saídas (concentrado e permeado) estão representados na figura 19 abaixo, bem como a

membrana, demonstrando a separação das partículas.

47

Figura 19 – Entradas e saídas do PSM.

Fonte: ALVES, 2006.

O fluxo permeado, relativamente alto, combinado com a rejeição seletiva a íons

multivalentes, como é cosa do íon sulfato, torna a NF atrativa para processos de separação de

íons inorgânicos como é o caso dos processos de tratamento de efluentes industriais (ALVES,

2006).

Para serem empregadas no tratamento dos mais diversos efluentes, as membranas são

fornecidas acomodadas em módulos industriais, onde os principais módulos são: módulos em

espiral, módulos tubulares, módulos placas planas e fibras ocas (METCALF; EDDY, 2003

apud ALVES, 2006).

48

3.5.1.2 Modos de operação dos fluxos nos PSM

Os fluxos operacionais dos PSM correspondem a processos hidrodinâmicos onde a

vazão volumétrica do fluido é diretamente proporcional a um gradiente de pressão transversal

ao meio filtrante, e inversamente proporcional à resistência ao escoamento imposta pelo

tamanho dos poros da membrana (ALVES, 2006).

Existem dois modos básicos de operação dos processos de separação por membranas,

que pode ser frontal ou cruzado. Esses modos referem-se à direção do fluxo em relação a

membrana (NÓBREGA, 1999 apud ALVES, 2006).

Na filtração frontal a alimentação é perpendicular a posição do meio de separação

(filtro ou membrana). Na filtração cruzada a solução é alimentada paralelamente à superfície

da membrana.

3.5.1.3 Remoção de sulfato por nanofiltração

A capacidade seletiva diferenciada das membranas de nanofiltração torna o PSM uma

eficiente técnica de separação quando se deseja remover de uma solução íons bivalentes,

como é o caso do sulfato.

Segundo Alves (2006), outros estudos realizados mostraram que a remoção de íons

bivalentes é requerida em diversas aplicações:

� Na indústria de petróleo, especificamente em processos de recuperação secundária

em campos marítimos, há uma grande demanda de água marinha para injeção nos

poços.

� Na região de Lorraine, leste da França, foram instaladas duas plantas de

tratamento de água por nanofiltração com objetivo principal de diminuir a

concentração de íons bivalentes.

� O processo de dessalinização convencional, que sofre inúmeros tipos de

incrustações em diferentes estágios operacionais, causados pela deposição de íons

bivalentes, que torna interessante a implantação de nanofiltração.

� A produção industrial moderna de cloro e soda, que se dá a partir do tratamento

eletrolítico da solução de cloreto de sódio, que utiliza sal marinho ou sal de mina

ambos ricos em impurezas, incluindo a presença significativa de sulfato de sódio,

que deve ser eliminado do processo para garantir a sua eficiência.

� Água para o consumo humano também requer quantidades controladas de sulfato,

49

pois o excesso pode gerar danos a saúde.

3.6 Produção Mais Limpa (P+L)

Conforme a UNEP (2009), a P+L pressupõe quatro atitudes básicas. A primeira e mais

importante delas é a busca pela não geração de resíduos, através da racionalização das

técnicas de produção. Na impossibilidade de aplicar integralmente o primeiro conceito, o

segundo conceito é usado, que é a minimização da geração dos resíduos. O reaproveitamento

dos resíduos – considerado produto – no próprio processo é a terceira opção sendo a

reciclagem a quarta.

O CNTL (2003) define a Produção mais Limpa como um processo de produção

circular, onde os recursos utilizados: insumos, matéria-prima e energia, devem ser

consumidos da forma mais racional possível e os resíduos inevitavelmente gerados retornem

via reciclagem tornando-se subprodutos. A figura 20 representa a evolução das empresas

rumo à produção mais limpa.

Figura 20 – Evolução das empresas rumo à produção mais limpa.

Fonte: CNTL, 2003.

Um dos aspectos mais importantes da Produção Mais Limpa é que a mesma requer

não somente a melhoria tecnológica, mas a aplicação da mudança de atitudes. “Esses fatores

reunidos é que fazem o diferencial em relação às outras técnicas ligadas a processos de

produção” (CEBDS, 2009).

50

3.6.1 A metodologia da P + L

A Produção Mais Limpa é vista entre os especialistas como uma forma moderna de

tratar as questões de meio ambiente nos processos industriais e de trazer às pessoas

envolvidas nos processos o conceito de produzir gerando menos impactos negativos.

A implantação desta metodologia inova a visão sobre os processos produtivos,

tornando-os mais competitivos e responsáveis, sócio e ambientalmente, uma vez que trata da

prevenção dos seus possíveis impactos negativos.

A Produção mais Limpa pretende integrar os objetivos ambientais aos processos de

produção a fim de reduzir os impactos dos resíduos e das emissões gerados (CNTL, 2003).

Para isso são utilizadas várias estratégias visando a P+L, conforme apresentado na figura 21

abaixo.

Figura 21 – Estratégias para a redução de resíduos.

Fonte: CNTL, 2003.

A prioridade da P+L está no topo à esquerda do fluxograma (nível um) exposto na

figura acima, que é evitar a geração de resíduos e emissões. Os resíduos que não podem ser

evitados devem, conforme nível dois, ser reintegrados ao processo de produção da empresa.

Na sua impossibilidade, medidas de reciclagem fora da empresa podem ser utilizadas (nível

três) (CNTL, 2003).

O nível um, segundo a mesma figura do CNTL (2003), prioriza medidas para resolver

o problema na sua fonte geradora e consiste em modificações tanto no próprio produto como

51

no processo de produção. O nível dois utiliza a reciclagem interna, reintegrando os resíduos

ao processo de produção da empresa. Isso pode ocorrer dentro do próprio processo original de

produção, em outro processo, ou por meio da recuperação parcial de uma substância residual.

Quando existir impossibilidade de executar os níveis anteriores, a reciclagem de

resíduos e as emissões devem ser feitas fora da empresa (nível três), por meio de reciclagem

externa de estruturas e materiais ou de uma reintegração ao ciclo biogênico (compostagem).

Segundo o CNTL (2003), a metodologia de P+L divide-se em cinco etapas, são elas:

1. Planejamento e organização, que se referem à tomada de decisão por parte dos

gestores e formação da equipe do projeto;

2. Pré-avaliação, ou seja, a análise geral da empresa para o reconhecimento dos

processos;

3. Avaliação, que é a análise específica dos processos da empresa a fim de

determinar a origem dos resíduos, das emissões aérea e/ou hídricas;

4. Estudo de viabilidade, que se refere às análises de viabilidade econômica e

ambiental das opções de P+L;

5. Implementação, como sendo o controle e monitoramento das opções escolhidas e

postas em prática.

Cada etapa é complementada por passos ou tarefas a serem cumpridas. Os passos

necessários para a implementação de um programa de produção mais limpa são apresentados

na figura 22 e estão separados por cores distintas, representando as cinco etapas do processo.

52

Figura 22 – Fluxograma dos passos para a implantação da P+L.

Comprometimento da direção da empresa

Sensibilização dos funcionários

Formação do ECOTIME

Estabelecimento de metas, barreira e soluções

Desenvolvimento de fluxograma de processo

Avaliação das entradas e saídas

Seleção do foco de avaliação

Levantamento qualitativo

Levantamento quantitativo

Definição de indicadores

Obtenção de dados

Barreiras na implantação

Avaliação da geração de resíduos

Avaliação técnica, ambiental e econômica

Implementação

Plano de monitoramento contínuo

Fonte: Adaptado de CNTL, 2003.

53

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Na realização deste estudo, foi avaliada a tecnologia de reuso de água (PSM)

acompanhando as suas interferências no processo produtivo da planta de produção de cloro e

soda cáustica.

Portanto, os estudos foram determinados para a aplicação da tecnologia, mas

condicionados aos parâmetros do processo da planta de cloro-soda e aos seus custos de

produção.

As avaliações ocorreram de janeiro a novembro de 2011, o que possibilitou uma

investigação completa do ciclo operacional do PSM na planta. O período de quatro meses

iniciais, de janeiro a abril de 2011, serviu como base de dados para conhecer e aprender a

tecnologia de reuso de água. No segundo período, de maio a novembro de 2011, foram

medidos os números do processo produtivo com a tecnologia de PSM em operação e fora de

operação. Desta forma foi possível realizar a análise da situação convencional da unidade

(antes da adoção da tecnologia), como também avaliar as mudanças ocorridas após a

implantação e funcionamento do PSM.

A metodologia escolhida para a avaliação do estudo foi a P+L. Optou-se por esta

aplicação pelo fato de considerar as variáveis envolvidas no processo produtivo, bem como os

benefícios gerados com a identificação das possíveis oportunidades de melhoria.

4.1 Apresentação da tecnologia de PSM

Neste estudo, o PSM foi analisado com o objetivo de compreender o seu papel na

planta de produção de cloro e soda cáustica e também de atribuir uma nova abordagem desta

tecnologia junto ao processo produtivo.

A tecnologia de PSM (figura 23) foi projetada para separar uma salmoura de

alimentação que contenha sulfato de sódio em dois fluxos de salmoura: um que contém a

maior parte do sulfato de sódio introduzido com a salmoura de alimentação (rejeito ou purga)

e um segundo fluxo, com concentração baixa de sulfato de sódio (permeado). A tecnologia

em questão foi projetada para remover 22 kg/h do contaminante, desde que apresente uma

concentração mínima na salmoura de alimentação.

54

Figura 23 – Tecnologia de PSM.


4.1.1 Descrição do Processo

No PSM estudado, a força motriz requerida para a transferência de cloreto de sódio e

água pela membrana é a pressão e esta é provida por uma bomba de alimentação de salmoura

de alta pressão. A salmoura pressurizada contendo sulfato de sódio entra em contato com a

superfície da membrana de nanofiltração e só cloreto de sódio e água passam através dela.

Este sistema de PSM consiste de uma bomba de filtração, uma unidade de filtração

com tubulações interconectadas, válvulas e aparelhagens de instrumentação. A salmoura de

entrada do PSM é conectada na tubulação de sucção da bomba de filtração, conforme mostra

a figura 24.

Figura 24 – Bomba de filtração de alta pressão.


55

A bomba de filtração utilizada neste processo é uma bomba centrífuga de alta pressão,

controlada por um motor elétrico. A velocidade do motor, consequentemente da bomba, pode

ser ajustada usando a unidade de VFD (driver de variação de frequencia). Este VFD permite

variar a taxa de fluxo da bomba e a pressão de descarga.

4.1.1.1 Salmoura de alimentação

Conforme demonstrado na figura 25, foram registradas as variações de pressão de

operação na salmoura de alimentação através de acompanhamentos e observações em campo.

Figura 25 – Pressão da salmoura de alimentação.


4.1.1.2 Salmoura Purgada

No PSM estudado, a salmoura purgada, ou conhecida como concentrado sai do

primeiro estágio de nanofiltração e é enviada à conexão de entrada de salmoura de

alimentação do segundo estágio. O concentrado que sai do segundo estágio passa por um

medidor de pressão loca (figura 26) na tubulação deste estágio fornece a indicação desta

pressão.

56

Figura 26 – Pressão da salmoura purgada.


O concentrado que sai do segundo estágio é separado em dois fluxos: um de purga de

salmoura e outro de reciclo de concentrado.

4.1.1.3 Salmoura Permeada

O Permeado, com concentração baixa de sulfato de sódio, é retirado de cada estágio

individual e os fluxos individuais são misturados. O permeado é retirado de cada elemento

individual de filtração com pressão baixa. O fluxo de permeado de cada estágio, medido em

L/h, é indicado por um rotâmetro local, sendo um rotâmetro para cada estágio (figura 27).

Figura 27 – Rotâmetros dos permeados 1 e 2.


A pressão do permeado é indicada por um medidor de pressão local (figura 28).

57

Figura 28 – Pressão do permeado.


O fluxo de permeado, que é a salmoura que passa pela membrana, está relacionado à

diferença de pressão entre a salmoura de alimentação e o permeado.

4.2 Dados do Processo

Os dados relacionados abaixo referem-se aos números de projeto do PSM. Os quadros

3 e 4 abaixo apresentam, consecutivamente, os elementos e as especificações de projeto que

constituem o processo estudado.

Quadro 3 – Elementos de projeto do PSM.

Elementos de Projeto PSM Número de estágios 2

Alojamento Elementos Diâmetro (pol.) Estágio 1 1 3 8 Estágio 2 1 3 4

Fonte: Adaptado de CHEMETICS, 2010.

58

Quadro 4 – Especificações de projeto do PSM.

Especificações de Projeto PSM

Alimentação Permeado Purgado

Capacidade de remoção de sulfato de sódio (Kg/h)

- - 22

Fluxo (m³/h) 3,4 a 7,0 3,9 0,1 a 0,3

Pressão de operação (Kgf/cm²)

15 a 40 0,05 - 0,3 15 a 40

Temperatura (°C) 40 a 50 - -

pH 3.5 a 7.0 - -

Turbidez (NTU) < 1 - -

Composição (g/L) Cloreto 200 a 250 180 a 220 < 185

Sulfato > 9,3 < 7 > 80


4.3 Parâmetros do Processo

Para um ótimo desempenho e vida útil das membranas de nanofiltração, alguns

parâmetros da salmoura de alimentação devem permanecer continuamente dentro das

especificações. Estes parâmetros serão apresentados a seguir.

4.3.1 Taxas de Fluxo de Salmoura de Alimentação ao SRS

Os fluxos (mínimo e máximo) de salmoura que alimenta o PSM são determinados pelas

características das membranas de nanofiltração e pela bomba de filtração e sua unidade de VFD

(driver de variação de freqüência).

4.3.2 Temperatura

A permeabilidade das membranas aumenta com a temperatura e operar com a

temperatura da salmoura de alimentação do PSM abaixo do mínimo especificado reduz a

capacidade da unidade.

4.3.3 Pressão

A pressão da salmoura de alimentação deve ser suficiente para prevenir a cavitação da

bomba de filtração do PSM.

59

4.3.4 pH

O controle do pH está diretamente relacionado à segurança das membranas de

nanofiltração. Operar fora do pH especificado causa degradação do polímero e prejuízo no

tempo de vida das membranas.

4.3.5 Concentração de Cloreto de Sódio

Deve ser controlada para evitar cristalização, a salmoura de alimentação, dentro da

unidade PSM, tem que permanecer abaixo do ponto de saturação.

4.3.6 Concentração de Sulfato de Sódio

O PSM analisado foi projetado para remover um fluxo mássico específico (kg/h) de

sulfato sódio em uma das duas correntes que deixam o sistema a partir de um valor projetado de

fluxo de salmoura e concentração de sulfato de sódio.

4.4 Fluxogramas do Processo de PSM

A seguir serão apresentados os fluxogramas do PSM, sendo: um simplificado, onde

são mais facilmente identificadas as entradas e as saídas e um completo, que trata-se do

processo analisado.

Na figura 29, a separação de sulfato de sódio da solução de água e cloreto de sódio

(salmoura) é feita através de uma membrana permeável que permite a passagem de cloreto de

sódio e água, mas não do sulfato de sódio.

Figura 29 – Fluxograma simplificado dos fluxos no PSM.


60

O PSM em questão é constituído por dois estágios de separação operando em série. A

figura 30 representa o processo utilizado na indústria em estudo.

Figura 30 – Fluxograma do esquema completo dos fluxos no PSM.


4.5 Elementos de Membrana de Nanofiltração

As membranas de nanofiltração usadas no processo estudado são fabricadas na forma

de uma folha lisa usada para produzir envelopes de filtração, conforme mostra a figura 31.

Figura 31 – Envelopes de filtração.

Fonte: CHEMETICS, 2010.

Conforme a figura 32, um envelope consiste de três camadas individuais. As duas

camadas exteriores do envelope consistem nas membranas de nanofiltração arranjadas com a

61

camada que rejeita o sulfato de sódio para fora. Entre as membranas de nanofiltração está um

material permeável que permite a salmoura fluir.

62

Figura 32 – Camadas de membranas.

Fonte: Chemetics, 2010.

As três camadas são seladas ao longo de três lados para produzir um envelope onde o

quarto lado é deixado aberto. Para fornecer uma área de grande superfície de filtração, são

feitas aberturas múltiplas no tubo de permeado e um envelope selado é colocado em cada

abertura. A salmoura que flui através de cada envelope é coletada no tubo de permeado

comum. Fisicamente, quando vista a extremidade aberta de um tubo de permeado, o conjunto

tubo de permeado/envelope dá forma a um padrão de estrela com uma extremidade aberta ao

centro do tubo de permeado.

O tubo de permeado é girado de maneira que os envelopes dêem forma a um rolo em

torno do tubo. O conjunto completo (figura 33) é chamado elemento de membrana de

nanofiltração enrolado em espiral.

Figura 33 – Elemento de membrana de nanofiltração.


63

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nesta etapa do trabalho são apresentados os resultados obtidos com os

acompanhamentos do PSM e suas respectivas influências no desempenho do processo de

produção de cloro e soda cáustica. As análises das variáveis e dos parâmetros do processo

seguiram o auxílio dos passos selecionados na metodologia de P+L, adaptando-os ao estudo.

Através da análise do PSM, foi possível avaliar os números referentes aos consumos

do processo de produção de cloro e soda cáustica como matérias-primas e insumos, bem como

os números gerados, produtos e resíduos.

Esta etapa do estudo avaliou de forma técnica o processo produtivo comparando seu

desempenho operacional com e sem a influência do PSM, considerando, portanto, o período

que a tecnologia permaneceu fora de operação e o período que operou inserida no processo

produtivo.

Para uma avaliação mais específica do estudo, buscou-se adaptar alguns passos das

etapas da metodologia de P+L, reunindo:

� O desenvolvimento dos fluxogramas de processo;

� A realização do diagnóstico ambiental e de processo;

� A seleção do foco de avaliação do processo;

� A avaliação técnica, ambiental e econômica da planta de cloro e soda;

Optou-se pela escolha destes passos pelo fato da tecnologia de reuso já ter sido

instalada na empresa, mas não se manter continuamente em operação.

5.1 Fluxogramas do Processo

Segundo a metodologia de P+L, uma análise detalhada do fluxograma de um processo

permite uma boa visualização e definições dos fluxos qualitativos e quantitativos. No estudo,

os fluxogramas foram dispostos da seguinte forma:

� O fluxograma de entradas e saídas do processo produtivo de cloro e soda cáustica

(figura 34).

64

Figura 34 – Fluxograma de produção de cloro e soda cáustica.


� O fluxograma de entradas e saídas do processo de separação por membranas de

nanofiltração, o PSM (figura 35).

Figura 35 – Fluxograma do PSM.


65

� A fusão dos fluxogramas das figuras 34 e 35 (figura 36).

Figura 36 – Fluxograma de produção mais PSM


5.2 Diagnóstico Ambiental e de Processo

Os resultados encontrados tanto para as vazões quanto para as concentrações de

cloretos e de sulfatos na planta de cloro e soda estão relacionados ao período de operação do

PSM. Através destes levantamentos foi possível executar o diagnóstico do processo.

Para isso foram analisadas as concentrações de cloreto de sódio e de sulfato de sódio

do processo de produção de cloro e soda com o PSM parado e operando. As análises das

66

concentrações foram realizadas no laboratório da empresa e os procedimentos experimentais

constam nos anexos 1 e 2 deste trabalho.

As tabelas de concentração geradas registram e evidenciam as concentrações de

cloreto de sódio e de sulfato de sódio tanto para o PSM fora de operação, como em operação.

Foram realizadas médias semanais dos resultados das análises durante todo o período de

desenvolvimento do estudo. Considerou-se uma média total como resultado das concentrações

de cloretos e de sulfatos para utilização nos cálculos deste estudo.

Neste estudo verificou-se que é a tecnologia de separação por membranas de

nanofiltração que determina as taxas de fluxos do processo, impactando diretamente nos

consumos da planta.

5.2.1 Vazões e Concentrações – PSM Fora de Operação

Com o PSM fora de operação, a única maneira de retirar o contaminante sulfato de

sódio do processo é descartando uma fração da solução de cloreto de sódio. Neste caso, tanto

os fluxos de sulfato como de cloreto são enviados juntos à ETE, por canaleta de drenagem,

conforme mostra a figura 37.

Figura 37 – Vazão de cloreto e sulfato por purgas.


Conforme inter-uhde (1991), foi observado que a vazão de envio de purga à ETE é

ajustada para uma drenagem de 40 m³/dia. Esta vazão foi acordada com a operação da estação

de tratamento de efluentes, pois pode causar descontroles na estação devido aos excessos de

cloretos no tratamento.

67

Este fluxo de 40 m³/dia representa um fluxo mássico de 9,2 toneladas de sal por dia,

conforme cálculo abaixo e considerando uma concentração de cloreto de sódio em 230 g/l,

conforme demonstra a tabela 4, concentração de cloreto com o PSM fora de operação.

Tabela 4 – Concentração de cloreto de sódio – PSM fora de operação.

Concentração de Cloreto de Sódio - PSM fora de Operação (g/l)

219,6 220,6 235,4 244,0 223,3 223,6 240,7 235,8 212,9 223,4 227,1 256,2 257,1 252,2 226,7 230,8 238,2 240,4 218,5 226,6 233,7 238,6 223,1 226,2 217,8 222,4 232,2 233,5 208,8 244,0 211,7 231,4 226,7 234,3

Média: 230,5 g/l Fonte: Autoria própria, 2011.

Ainda com o PSM fora de operação, conforme a tabela 5 abaixo, a concentração de

sulfato de sódio mostrou um resultado médio de 11 g/l para uma mesma vazão de purga de 40

m³/dia.

Em termos de remoção do contaminante, isso equivale a massa de 440 kg/dia de

sulfato removido em solução, conforme calculado.

==== ×××× ==== Vazão Mássica de SO42- g

m³Kg SO4

2- 11

1000g 440

l.

1 kg ×××× 1000 l 40 m³××××diadia

==== ×××× ==== Vazão Mássica de Cl-

g

m³ Kg Cl -

-

230 1000g

9200l.

1 kg ×××× 1000 l 40 m³××××diadia

68

Tabela 5 – Concentração de sulfato de sódio – PSM fora de operação.

Sulfato de sódio - PSM fora de Operação

Concentração (g/l) Vazão (m³/dia)

11,4 40,0 10,7 40,0 9,5 40,0 9,3 40,0 9,9 40,0 9,8 40,0 10,6 40,0 10,5 40,0 11,4 40,0 13,1 40,0 11,6 40,0 12,4 40,0 11,5 40,0 11,2 40,0 11,4 40,0

11,0 40,0 Fonte: Autoria própria, 2011.

Os resultados obtidos mostram que a remoção do contaminante sulfato de sódio pelo

sistema de purgas, apesar de eficiente, pois se aproxima do valor projetado para o PSM,

impacta, necessariamente, no envio de grandes volumes de sais ao tratamento de efluentes e

consequentemente ao corpo hídrico receptor o que, segundo Telles e Costa (2007), pode

causar mudanças nas propriedades e nas qualificações dos usos da água tanto na indústria

como no próprio corpo hídrico.

5.2.2 Vazões e Concentrações – PSM em Operação

De acordo com Alves (2006), com o PSM em operação, notou-se que a vazão de

remoção do contaminante sulfato de sódio, chamada de purgado, é separada da vazão de

cloreto de sódio, chamada de permeado. A vazão de sulfato removida através da tecnologia de

PSM foi acompanhada durante o período de operação da tecnologia e registrada por um

medidor instalado na tubulação de descarga (figura 38) que informa o fluxo enviado à ETE.

69

Figura 38 – Vazão de sulfato pelo PSM.


Este fluxo equivale a 6 m³/dia de sulfato de sódio removido pelo PSM que, segundo

Alves (2006), contém maior concentração do contaminante. De acordo com o cálculo abaixo,

a vazão mássica de cloreto máxima possível, considerando uma concentração menor que

185g/l (segundo o quadro 4), enviada junto ao purgado foi de 1,11 tonelada de cloreto. Isso

equivale a nove vezes menos a vazão mássica de cloretos quando o PSM esteve parado.

O cálculo para concentração de sulfato pelo PSM foi realizado utilizando como dado a

média total dos valores da tabela 6 abaixo.

==== ××××Vazão Mássica de Cl- m³

m³ 185 6g ××××dia l

1000 l1000g 1 kg ×××× ====

1110 kgCl- dia

70

Tabela 6 – Concentração de sulfato de sódio – PSM em operação.

Sulfato de sódio - PSM em Operação

Concentração (g/l) Vazão (l/h)

80,6 0,252

106,4 0,252 103,4 0,252 93,3 0,252 106,3 0,252 107,1 0,252 94,1 0,252 96,5 0,252 93,8 0,252 102,6 0,252 96,8 0,252 88,2 0,252 74,1 0,252 71,9 0,252 76,2 0,252 92,8 0,252


Os resultados mostraram que a massa de sulfato removida pelo PSM á mais expressiva

se comparada à massa removida pelo método de purgas de salmoura.

A figura 39 mostra a vazão de permeado - cloreto de sódio - que passa pelos dois

estágios do PSM.

Figura 39 – Vazão de cloreto pelo PSM.


==== ×××× ==== Vazão Mássica de SO42- g

m³ Kg SO4

2- 92,8

1000g 556,8

l.

1 kg ×××× 1000 l 6 m³ ××××

diadia

71

Depois de separada do sulfato de sódio, esta vazão de cloreto de sódio retorna ao

processo de produção de cloro e soda para diluir sal novamente. A vazão em litro por hora

registradas nos rotâmetros da figura 40 foi transformada para m³/dia, conforme cálculo que

segue.

O resultado mostrou que o PSM reutiliza 81,6 m³/dia do cloreto de sódio filtrado nas

membranas de nanofiltração.

O cálculo abaixo representa o volume mássico de sal recuperado no processo e

utilizou a concentração média da tabela 7.

Com o PSM em operação, são devolvidas aproximadamente 18,7 toneladas de sal ao

processo produtivo.

Tabela 7 – Concentração de cloreto de sódio – PSM em operação

Concentração de Cloreto de Sódio - PSM em Operação (g/l)

227,7 228,0 236,0 244,0 217,8 223,6 223,5 235,8 222,4 223,4 204,0 256,2 257,1 252,2 226,7 230,8 225,4 240,4 232,2 226,6 226,5 238,6 223,1 226,2 217,8 222,4 232,2 233,5 208,8 244,0 211,7 231,4 224,5 234,8

229,7 Fonte: Autoria própria, 2011.

==== ×××× ==== Vazão de Cl- m³ m³ 3400 81,6 l.

1000 l24 h××××

dia h dia

==== ×××× ==== Vazão Mássica de Cl- g

m³ Kg Cl -229,7

1000g 18743,5

l.1 kg ×××× 1000 l 81,6 m³ ××××

dia dia

72

Com os resultados obtidos através das avaliações das vazões de cloreto (matéria-

prima) e sulfato (contaminante) na planta de cloro e soda, pode-se concluir que o PSM mais

que remover o contaminante, recupera as matérias-primas do processo.

Os consumos unitários da planta de cloro e soda, apresentados em Inter-Uhde (1991),

referem-se sobre uma tonelada de soda cáustica produzida. No estudo foi possível perceber

que esses consumos sofrem alterações diretas quando o PSM está em operação. Estas

alterações de consumo estão demonstradas nas figuras 40 e 41.

5.2.3 PSM Fora de Operação

A figura 40 apresente o fluxograma do processo desconsiderando o PSM e permite a

visualização e análise dos fluxos quantitativos nesta condição, bem como da geração dos seus

produtos.

Figura 40 – Fluxograma do balanço de massas: PSM fora de operação.


73

Conforme mostra a figura 40, os balanços de materiais e de energia mantiveram-se de

forma linear, onde, segundo Mancuso (2003), são mantidas sempre as mesmas massas de

entrada e saída, os mesmos consumos de energia e os impactos possíveis gerados

permanecem presentes.

Nesta condição operacional do processo, as perdas, os resíduos, a poluição e os

desperdícios passam despercebidos e não podem ser contabilizados os ganhos com a

recuperação de materiais e/ou redução dos custos de produção.

5.2.4 PSM em Operação

Na figura 41, o balanço de massa do processo de produção de cloro e soda cáustica foi

realizado com o PSM em operação, inserido no processo.

Para os cálculos do balanço de materiais e energia foi adotada a metodologia de P+L.

Percebeu-se nesta condição operacional uma mudança no patamar tecnológico do processo,

pois a implantação da tecnologia mais limpa passou a receber avaliações para serem

implementadas.

74

Figura 41 – Fluxograma do balanço de massas: PSM em operação.


Comparando os fluxos de massa e de energia nas figuras 40 e 41, ficam evidentes os

ganhos com a recuperação de materiais, de energia e insumos. O PSM, ao proporcionar a

reutilização dos fluxos de cloreto de sódio, evita que sejam drenados 40 m³/dia para a

remoção de sulfato, exercendo a mesma tarefa com apenas 15% desta vazão.

Segundo o manual Inter-Uhde (1991), a vazão de cloretos no processo é de 3,5 l/s, em

média. Transformando esta vazão para m³/dia teremos 302,4 m³/dia. Portanto, verifica-se que

a vazão recuperada no processo, quando o PSM está operando é de 13,23% do total da vazão

de todo o processo num dia. Este mesmo percentual pode ser transformado em ganhos com

redução de insumos e vapor no processo, pois a solução retorna aquecida ao processo e já com

tratamento adequado de remoção de impurezas.

Notam-se ainda os ganhos com a redução nos gastos de água desmineralizada em

12.240 m³/ano e, portanto, a redução da geração e tratamento de resíduos líquidos.

75

5.3 Foco do Processo

O foco da análise deste estudo buscou relacionar os ganhos econômicos e ambientais

possíveis com a redução de drenagens da solução de cloretos de sódio à ETE da empresa.

A finalidade do PSM estudado é remover a quantidade de projeto de sulfato de sódio na

salmoura purgada. Portanto, toda a atenção demandada a nova tecnologia era destinada a

remoção do contaminante. Como todo o processo de produção de cloro e soda depende

necessariamente de uma salmoura tratada e purificada buscou-se, com este estudo, propor uma

nova visão para o PSM; como um processo que não só remove o contaminante sulfato, mas

recupera cloretos.

A tabela 8 abaixo mostra que esta nova abordagem sobre o PSM também contribuiu

para o plano de monitoramento da empresa, no qual constam os limites para envio de cloretos

ao corpo hídrico receptor. A participação da nova tecnologia junto ao monitoramento de

cloretos foi bastante representativa, pois deixou de somar com o envio de 9,2 toneladas de

cloreto de sódio por dia, recuperando-o no processo.

76

Tabela 8 – Monitoramento ambiental da empresa Celulose Riograndense.

Fonte: Celulose Riograndense, 2011.

Esta mudança de foco no PSM só foi possível após a percepção de que o resíduo

gerado para a ETE da empresa era, de fato, um material inerente ao processo da planta de

cloro e soda. Segundo a P+L, tratou-se como uma mudança de paradigma, trazendo o

conceito do princípio de prevenção e passando de um problema a ser resolvido para uma

oportunidade de melhoria.

O foco do estudo também caracterizou o PSM como uma tecnologia de reuso de água,

de fato, tornando-a mais que apenas uma etapa inserida no processo produtivo.

5.4 Avaliação Técnica, Ambiental e Econômica do Processo

Utilizando-se da metodologia de P+L objetivou-se nesta etapa realizar uma avaliação

dos possíveis aproveitamentos dos materiais, através de reciclagens internas e da minimização

dos consumos ou até da não geração dos resíduos do processo.

O estudo verificou a capacidade operacional do PSM inserido na planta de cloro e

soda. Foi possível entender tecnicamente a sua função e a sua capacidade de atender o

processo.

Frente a isso, cabem as seguintes avaliações:

77

O PSM encontra-se em fase de adaptação. As variações que ocorreram no processo no

período em que este estudo foi realizado mostraram que a tecnologia é bastante sensível

quanto às variações dos seus parâmetros de projeto. E como a tecnologia funciona

condicionada às variantes da planta de cloro e soda, todas as mudanças relacionadas às

flutuações de energia nas células eletrolíticas - concentração de cloreto, pH e temperatura -

impactaram na continuidade operacional do PSM. Isso justificou o período que o PSM ficou

fora de operação, o que causa a interpretação de ser um sistema ainda caro implantado na

indústria.

Por outro lado, durante o período em que operou os fluxos dos permeados

permaneceram, na maior parte do tempo, constantes (figura 41). Porém, por algumas vezes

neste período, o sistema desarmou devido a uma perda de carga elevada na linha de sucção da

bomba centrífuga. Esse e outros possíveis problemas acabaram provocando uma queda

acentuada da vazão de alimentação nas posteriores horas de operação, o que originou uma

vazão de alimentação insuficiente para uma ótima remoção do contaminante sulfato de sódio.

Após os problemas de desarmes do sistema, procurou-se testar novas condições

operacionais alternando os fluxos entre vazões de reciclo e de alimentação intermediários aos

que vinham operando anteriormente. Não se percebeu ganhos significativos no processo com

estes testes. Como citado por Alves (2006), é possível que as falhas ocorridas durante o

período estivessem relacionadas a problemas de incrustações referentes à porosidade das

membranas e a preparação da salmoura de alimentação. Portanto, partiu-se para a substituição

do conjunto de membranas de nanofiltração, a um custo de R$ 40.000,00. O conjunto de

membranas está demonstrado na figura 42.

Figura 42 – Conjunto de membranas de nanofiltração.


78

Também houve uma ocorrência de manutenção da bomba centrífuga utilizada no

PSM, que apresentou vazamentos de óleo hidráulico e corrosão em uma peça do conjunto

rotor a um custo total de aproximadamente R$ 80.000,00.

Sobre o comportamento da planta de produção de cloro e soda cáustica, verificou-se

que:

O seu desempenho operacional apresentou um ganho significativo relacionado ao

reaproveitamento de materiais no processo, o que possibilitou uma redução nos consumo de

matérias-primas, insumos e mão-de-obra demandada.

O quadro 5 apresenta alguns custos para fabricação e compras de matérias-primas e de

serviços do processo de produção de cloro e soda cáustica.

Quadro 5 – Custos de produção de cloro e soda cáustica.

Custos para Produção de Cloro-Soda Material Valor (R$) Unidade

Sal 171 ton. Frete do Sal 148,48 ton.

Água Desmineralizada 1,41 m³ Fonte: Autoria própria, 2011.

Relacionando os números das etapas anteriores, dados e fluxos de processo, com os

valores demonstrados no quadro 5, avaliou-se que: com o PSM em operação a qualidade da

salmoura no processo produtivo de cloro e soda melhorou significativamente, pois o cloreto

de sódio reutilizado possui as características ótimas para a retomada do tratamento.

Relacionaram-se a isso possíveis reduções nos ciclos de retrolavagens dos filtros primários e

secundários, um aumento do tempo de operação das colunas de troca iônica e uma maior

durabilidade dos elementos filtrantes em cada uma destas etapas do tratamento.

Quando aos ganhos econômicos mais representativos, referentes à reutilização do

cloreto de sódio no processo, chegou-se a uma economia de 3358 toneladas/ano, o que

equivale a R$ 574.218,00/ano. Foram contabilizados os gastos incorridos com os fretes de sal,

somando-se a quantia anterior R$ 498.595,84/ano, totalizando uma economia referente ao

consumo de sal de R$ 1.072.813,84.

O reaproveitamento de água desmineralizada no processo, além de reduzir os gastos

de mão de obra com o tratamento da água, proporcionou uma economia de 12.410 m³/ano, o

que representou um retorno de R$ 17.498,10.

79

Portanto, relacionando os custos e os benefícios gerados, verificou-se que a tecnologia

de reuso de água trouxe benefícios econômicos diretos à indústria. Isso que, devido à falta de

dados precisos, não foram contabilizados neste estudo os ganhos econômicos com as reduções

dos consumos de insumos e de energia, o que possivelmente acrescentaria ganhos expressivos

ao processo.

Quanto aos ganhos ambientais mais significativos, o PSM evitou que fossem lançadas

224 caçambas de sal no corpo hídrico receptor. Também possibilitou a diminuição dos custos

com retomadas de desvios operacionais da ETE e decorrentes sobrecargas de cloretos,

contribuindo para melhoria da imagem da empresa junto à comunidade.

O quadro 6 representa o resumo dos retornos ambientais e econômicos obtidos com a

operação da tecnologia de reuso de água implantada no processo produtivo da planta de cloro

e soda cáustica.

Quadro 6 – Resumo dos ganhos mais representativos com a implantação do PSM.

Ganhos com a Operação da Tecnologia de Reuso de Água

Ambientais Econômicos

Promoveu o reaproveitamento de água desmineralizada no processo em 12.410

m³/ano.

Representou uma economia de sal em 3.358 toneladas/ano, o que equivale a R$

574.218,00/ano.

Evitou que fossem lançadas 224 caçambas de sal no corpo hídrico receptor.

Economia nos gastos incorridos com os fretes de sal, somando-se a quantia anterior R$

498.595,84/ano

Possibilitou a diminuição dos custos com retomadas de desvios operacionais da ETE e

decorrentes sobrecargas de cloretos, contribuindo para melhoria da imagem da

empresa junto à comunidade.

O reaproveitamento de água desmineralizada no processo representou um retorno de

R$ 17.498,10. Total de retorno econômico de

R$ 1.090.311,94.


80

6 CONCLUSÃO

A avaliação detalhada da tecnologia de reuso de água – PSM– e dos resultados no

processo de produção de cloro e soda cáustica obtidos conduzem às seguintes conclusões:

� Pelo fato do PSM ter operado de maneira intermitente, percebeu-se uma

necessidade de dedicar maior tempo para estudos e análises dos seus parâmetros,

seja na investigação das membranas de nanofiltração, quanto nas variações dos

fluxos de trabalho. Uma análise construída na continuidade operacional, dentro de

um período maior de observações, pode proporcionar dados técnicos que

consolidem ainda mais os resultados obtidos.

� No período em que operou, a tecnologia de reuso de água apresentou um ótimo

desempenho qualitativo e quantitativo relacionado às reduções dos consumos de

materiais, energia e serviços.

� Ficou evidenciado no estudo, através dos cálculos das transformações dos fluxos

mássicos, que o PSM evitou que fossem lançados grandes volumes de sais

(equivalentes a 224 caçambas) ao meio ambiente, evitando perdas desnecessárias

de matérias-primas e reduzindo os riscos de contaminações hídricas, bem como os

impactos ambientais negativos possíveis.

� Ainda, a tecnologia estudada surgiu como uma técnica que possibilitou, através da

análise dos seus custos e investimentos associados, aproximar a indústria ainda

mais das boas práticas ambientais, servindo como primeiro passo para a mudança

no conceito de que indústrias químicas são empreendimentos de caráter

particularmente poluidor.

� Sobre os custos referentes às manutenções do PSM, conclui-se que representaram

apenas 10% dos ganhos demonstrados no período em que a tecnologia ficou em

funcionamento, servindo de incentivo para atrair investimentos para a retomada de

sua operação. Ainda, contribuiu com a conservação ambiental através do controle

da emissão de poluentes ao corpo hídrico receptor, atendendo a legislação e as

normas aplicáveis.

� Com os resultados obtidos verificou-se que a tecnologia de reuso de água –PSM –

possui sustentação não só ambiental como também econômica, frente aos

benefícios econômicos reveladores apresentados com a redução dos gastos e

reposições de matérias-primas e insumos.

81

Por fim, este estudo também concluiu que investimentos em tecnologias de reuso de

água podem proporcionar além de lucro, melhorias nos processos da indústria possibilitando

uma convivência mais harmoniosa com o meio ambiente e com a comunidade que a cerca.

82

REFERÊNCIAS

ALVES, Thais de Lima. Estudo da formação de incrustações inorgânicas em membranas de nanofiltração utilizadas em processos de dessulfatação. 2006. 210 f. Tese (Ciências dos Materiais e Metalurgia). Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC – Rio. Disponível em: <http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio/cgibin/PRG_0599.EXE/9206_3. PDF?NrOcoSis=28255&CdLinPrg=pt>. Acesso em: 12 set. 2008. BRAGA, Benedito et al. Introdução à Engenharia Ambiental. São Paulo: Prentice Hall, 2002. CAVALCANTI, Clóvis. Meio Ambiente, desenvolvimento sustentável e políticas públicas. São Paulo: Cortez; Recife: Fundação Joaquim Nabuco, 2002. CEBDS. Produção mais limpa. 2009. Disponível em: http://www.cebds.org.br/cebds/eco-pmaisl-conceito.asp. Acesso em: 18 out. 2011. CHEMETICS. Manual Design and Operation Sulfate Removal System. Disponibilizado para Celulose Riograndense. Guaíba, 2010. CMPC. Celulose Riograndense. Disponível em: http://www.celuloseriograndense.com.br. Acesso em: 1 nov. 2011. HESPANHOL, Ivanildo; MIERZWA, José Carlos. Água na Indústria: uso racional e reuso. São Paulo: Oficina de Textos, 2005. INTER-UHDE. Manual de Produção de Cloro e Soda. Celulose Riograndense. Guaíba, 1991. JARDIM JÚNIOR, R. N. Modelagem matemática de um processo industrial de produção de cloro e soda por eletrólise de salmoura visando sua otimização. Dissertação de mestrado apresentada ao Departamento de Engenharia Química da escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, 2006. MANCUSO, P. C. S., SANTOS, H. F. (ed.). Reuso de água. São Paulo: Manole, (2003). PIOTTO, Z. C. Eco-eficiência na Indústria de Celulose e Papel - Estudo de Caso. Tese de D.Sc., Escola Politécnica de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil (2003). TELLES, Dirceu D’alkmin; COSTA, Regina Helena Pacca Guimarães. Reuso de Água: conceitos, teorias e práticas. São Paulo: Editora Blucher, 2007. UNEP. Entendendo a produção mais limpa. 2009. Disponível em: http://www.unep.fr/scp/cp/understanding/. Acesso em: 18 out. 2011.

83

ANEXO A: MÉTODO ANALÍTICO PARA CLORETOS

Execução do Ensaio

1) Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, medir 5 mL de amostra em balão

volumétrico de 500 mL e completar o volume com água.

2) Homogeneizar bem a amostra e transferir 20 mL para um béquer.

3) Acidificar a amostra com 1 mL de ácido nítrico P.A.

4) Adicionar água para facilitar a titulação da amostra (volume final entre 80 e

100 mL),

5) Selecionar o método NaCl-Sal no equipamento Titrino.

6) Pressionar a tecla "START";

7) No display vai ser solicitado o valor de C00 que é o volume inicial da amostra.

Teclar "ENTER";

8) A partir deste passo, o equipamento seguirá sozinho a determinação,

aparecendo no visor o resultado do ensaio.

Obs.: Corrigir o valor da normalidade real do nitrato de prata 0,1 N sempre que for

trocada a solução.

Resultados

O resultado será calculado automaticamente, através da fórmula inserida na memória

do equipamento, descrita abaixo:

F1 = EP1*C01*C02

Onde:

F1 = indicativo da fórmula de cálculo para teor de cloreto de sódio (em g/l);

EP1 = End Point, ou seja volume gasto de nitrato de prata, em ml;

C01 = Normalidade real do nitrato de prata;

C02 = 116,886 (fator de multiplicação).

84

ANEXO B: MÉTODO ANALÍTICO PARA SULFATOS

Método

O sulfato é precipitado como sulfato de bário a partir de um volume conhecido de amostra de

salmoura, separado, secado e pesado.

Reagentes e indicadores

1. Indicador Methyl Orange;

2. Ácido Clorídrico (HCl), 16%;

3. Solução de Cloreto de Bário, 0.5M;

Equipamentos

1. Béqueres de 100ml e 500 ml;

2. Papel filtro (Nota: pré seco antes da análise);

3. Funil de Buchner;

4. Estufa;

5. Dessecador;

6. Chapa quente e agitador;

7. Pipetas de 5ml, 10ml, 20 ml e 50 ml;

8. Vidro relógio.

Procedimentos

Para o permeado com a concentração de sulfato de sódio entre 0 - 5 g/l, o volume de

amostra necessário para a análise é de 50 ml.

Para o permeado ou salmoura de alimentação com a concentração de sulfato de sódio

entre 5 - 20 g/l, o volume de amostra necessário para a análise é de 20 ml.

Para a salmoura purgada ou concentrada com a concentração de sulfato de sódio entre

50 - 150 g/L, o volume de amostra necessário para a análise é de 5 ml.

1) Pipetar a amostra a ser analisada em um béquer de 500 mL contendo 100 mL

de água destilada.

85

2) Adicionar 1-2 gotas de methyl orange e neutralizar com HCl 16%. Adicionar 2

mL de HCl em excesso.

3) Aquecer até próximo da ebulição, agitando e adicionar 20 mL de cloreto de

bário 0.5M.

4) Ferver a mistura por aproximadamente 15 minutos.

5) Retirar o béquer do aquecimento e reservar por 10 minutos.

6) Pesar o papel filtro (peso ‘A’ em gramas) e colocar o papel no funil Buchner.

7) Agitar a solução do béquer e filtrá-la. Lavar o béquer com água desmi e filtre o

conteúdo do béquer.

8) Lavar o conteúdo do funil de Buchner com água quente até o precipitado ficar

livre de cloretos.

9) Transferir o papel filtro para o vidro relógio e secar em estufa por 2 horas, à

120°C.

10) Transferir o papel filtro para o dessecador e aguardar esfriar.

11) Pesar o precipitado e o papel filtro (peso ‘B’ em gramas).

Cálculos

Na2SO4 (g/L) = 142.1 x C (gramas) x 1000

233.4 x volume amostra (mL)

fÁbio machado teer - biblioteca.unilasalle.edu.br · de Água em uma planta de produÇÃo de cloro...

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