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Utilização de Processos com Membranas no Reúso de Água Industrial
Prof. José Carlos Cunha Petrus
Depto de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos LABSEM - Laboratório de Processos Separação com Membranas
Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC
E-mail: [email protected]
IV Workshop sobre gestão e reúso de água na indústria Jurerê Beach Village Hotel - Florianópolis-SC
Novembro-2008
Alguns dados sobre as nove edições do “Workshop sobre gestão e reúso de água na
indústria” realizadas de 2005 a 2013
Indústrias participantes: 230 Participantes: 1400 Palestras apresentadas: 210 (42 Petrobras, 105 outras
indústrias, 63 universidades e centros de pesquisa) Utilizando membranas visando reúso de água: 85 Experiências internacionais: 5 (Estados Unidos, Itália,
Inglaterra, Alemanha e Japão)
X Workshop: 27 e 28/11/2014 Majestic Palace Hotel, Beira-Mar Norte, Florianópolis
Planeta Terra
Diâmetro aproximado das gotas (Km): Gota maior: 1.385 – água total Gota média: 273 - água doce total Gota pequena: 56 – água doce disponível
Água disponível no planeta
Consumo de água superficial
O Brasil abriga cerca de 18% da água doce do planeta. No entanto, essa água está mal distribuída: quase 70% das águas doces do Brasil estão na Amazônia, onde vivem apenas 7% da população. Essa distribuição irregular deixa apenas 3% de água para o Nordeste. Essa é a causa do problema de escassez de água.
Situações críticas por falta de água
Indústrias de transformação
Passado Presente
Fábrica de celulose e papel
Consumo médio de água na indústria de celulose
Ano 1959 1969 1975 1979 1985 1988 1999
2013 (fábrica nova)
m3/tproduto 240 156 111 96 79 72 60 25
Redução de praticamente 1 ciclo logarítmico (10 vezes) o consumo de água
A degradação dos recursos hídricos devido a exploração desmedida é uma constante ameaça ao meio ambiente.
Estima-se que somente 36% do efluente sanitário e
industrial gerado hoje no Brasil seja tratado.
Reúso de água
Uso de membranas no reúso de água industrial
Mercado Mundial para os Processos com Membranas
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0 12,0
14,0
16,0
18,0
Bilh
ões
US$
Ano
Osmose inversa, ultrafiltração e microfiltração
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Conceito de membrana
Dentre várias definições, uma membrana pode ser entendida como sendo uma barreira capaz de separar duas fases, restringindo total ou parcialmente o transporte de uma ou mais espécies químicas presentes nessas fases.
Representação esquemática de um processo de separação por membranas
Separação com membranas - princípio da separação -
Filtração estática e filtração tangencial
Configuração de escoamento em processos com membranas
– filtração estática e filtração tangencial -
Sólidos suspensos Macromoléculas
Íons multivalentes Íons monovalentes Água
Tipos de membranas/processos Pressão mecânica
MF UF NF OI
Materiais das membranas
As membranas podem ser de natureza orgânica ou inorgânica
Membranas orgânicas (poliméricas) são mais amplamente utilizadas;
Membranas minerais são restritas aos processos de microfiltração e ultrafiltração.
Tubo de permeado
Anel de vedação
Suporte da membrana
Membrana
Condutor do permeado Espaçador
Detalhes de uma membrana espiral
Detalhes de uma membrana espiral
Koch Membrane Systems
Membrana tubular
PAM Membranas Seletivas Ltda.
Membrana fibra-oca
Módulos de membrana na configuração fibra-oca
Membranas cerâmicas tubulares
Princípio de funcionamento de uma unidade de filtração tangencial com membranas
Principais parâmetros de desempenho de uma unidade de
membranas
Fluxo de permeado (F): quantidade obtida de permeado em litros, por m2 de membrana por hora (L m-2h-1);
Coeficiente de retenção: expressa em porcentagem R = (1-Cp/Ci)*100, Ci = concentração inicial de um componente na alimentação; Cp = concentração deste mesmo componente no permeado;
Unidades industriais de membranas
Unidade piloto de ultrafiltração
Projeto Senai/SC Uso do CPS na produção de sorvetes,
iogurtes, ricota e bebida láctea
Unidade piloto de UF Unidade de UF em operação
Amostras Preparação dos produtos
Unidade de microfiltração
Unidade de microfiltração
Unidade de microfiltração/ultrafiltração
Sistema de ultrafiltração
Aplicação de Membranas no reúso de água
Unidades de osmose inversa
Dessalinização de água
Planta dessalinizadora de Llobregat
Alguns dados sobre a Planta dessalinizadora de Llobregat
Investimento da ordem de: 230 milhões de euros Capacidade: 200.000 metros cúbicos de água potável/dia Salinidade da água do mar: 39.700 ppm Salinidade da água tratada: 110 ppm Rendimento na eliminação de sais: 99.7% Fator de conversão: 45% Permite satisfazer a demanda de água potável até 2020.
UNIDADE REGAP
Unidades-piloto de membranas: Implantadas e avaliadas na REGAP/Petrobras
Unidades – piloto de processos avançados de tratamento de águas e efluentes
15 unidades-piloto automatizadas
PETROBRAS
Tratamento e reúso de água nas plataformas de petróleo (offshore)
“Petroleiras removem sulfato de água de injeção utilizando a nanofiltração e criam mercado milionário para as membranas” Revista da ABIQUIM/2012
Unidade de nanofiltração offshore
Remoção de sulfato da água do mar
Membranas na reutilização de efluentes industriais
Vicunha (indústria têxtil – Fortaleza
Petrobras/Brasil
(Cortesia: PAM Membranas Seletivas Ltda)
Unidade industrial de microfiltração utilizada no tratamento terciário de efluentes
Tratamento de efluente de indústria de pigmentos inorgânicos através de microfiltração
Permeado: NTU = 1,5
Efluente: NTU =735
DuPont Brasil Membranas de microfiltração (PAM Membranas)
Biorreator com membranas
Configurações
AQUAPOLO Maior projeto de água de reúso do Hemisfério Sul.
Abastecerá o Polo Petroquímico do ABC paulista, localizado em Mauá.
Módulos de membranas de fibra oca
Projeto Aquapolo
Área unitária - 1500 m² para cada módulo
Fonte: Koch Membranes
Membranas submersas
Membranas submersas
Membranas submersas
Água de reúso da SABESP – à partir do esgoto tratado
Limpeza das membranas após o uso
Limpeza em fluxo reverso (retrolavagem)
Programa de limpeza das membranas
Pré-lavagem com água morna - 10 min. Solução alcalina + Hipoclorito a pH ~ 12 a
45oC/30 min. Enxague com água morna ou fria até pH
neutro. Solução ácida a pH ~ 2.0 a 45oC/30 min. Enxague com água morna ou fria até pH
neutro.
A migração tecnológica para o tratamento por membranas começou em 1988 na plataforma Marathon Oil Brae, no Mar do Norte, quando a empresa desenvolveu em projeto conjunto com a Dow Química uma membrana seletiva, que remove de 98% a 99% do sulfato da água do mar, prejudicial aos poços, ao mesmo tempo em que deixa parte dos sais passar para não comprometer a operação. A Dow mexeu na estrutura dos filmes das membranas de nanofiltração (que por princípio retém particulados até 0.001 mícron) e conseguiu a proeza, mantendo a patente até 2007, quando outros concorrentes passaram a desenvolver alternativas à tecnologia. Até então as plataformas utilizavam para a função a chamada água produzida, que vem junto com o petróleo, e que era separada e tratada na plataforma antes de ser injetada, com produtos químicos injetados em conjunto para evitar o crescimento e a proliferação de bactérias que metabolizam o sulfato da água do mar e liberam H2S. A necessidade de usar a nanofiltração, em primeiro lugar, é para remover os sulfatos e evitar os depósitos inorgânicos por meio da reação com o excesso de bário e estrôncio presentes nos poços. Removendo os íons, evitam-se as precipitações que geram os sulfatos de bário e de estrôncio, altamente incrustantes de poços e tubulações, o que em uma primeira etapa diminui a produtividade de extração de óleo e gás e, em uma segunda, pode vir a condenar o poço ou exigir caras limpezas com navios apropriados para limpar tubulações e outros sistemas afetados.