osmose reversa x troca iônica

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MITOS OU VERDADES

ASPECTOS GERAIS

• TROCA IÔNICA É MAIS BARATO?

• TROCA IÔNICA GERA MAIS RESÍDUOS?

• OSMOSE É MAIS DIFÍCIL DE OPERAR?

• QUAL ATENDE A LEGISLAÇÃO AMBIENTAL?

• OSMOSE É DEPENDENTE DO EXTERIOR?

OSMOSE REVERSA OU TROCA IÔNICA

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DESMINERALIZAÇÃO DE ÁGUAASPECTOS GERAIS

• CALDEIRAS PARA GERAÇÃO DE VAPOR

– PROCESSOS QUÍMICOS

– GERAÇÃO DE ENERGIA

• ÁGUA PURA E ULTRAPURA

– INJETÁVEIS

– SEMICONDUTORES

– REAGENTES

• ABASTECIMENTO PÚBLICO

– ÁGUA DO MAR

– ÁGUAS SALOBRAS

– CONTAMINAÇÃO POR IONS (FLUOR, NITRATO, METAIS…)

PRINCIPAIS APLICAÇÕES





TECNOLOGIATROCA IÔNICA

• RESINAS





TECNOLOGIAOSMOSE REVERSA

• MEMBRANAS




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ASPECTOS DAS TECNOLOGIAS

OSMOSE REVERSA TROCA IÔNICA

Água Clarificada

Água Pura

Água + Sais

Regenerante + Sais Acumulados

Água Pura

Ácido Forte Base Forte

Resina Catiônica

Resina Aniônica

OperaçãoRegeneração diária

Membrana

Cartucho

Bomba Alta







ASPECTOS DAS TECNOLOGIASOSMOSE REVERSA

• PROCESSO CONTÍNUO

• PRODUZ CONCENTRADO

• BARREIRA FÍSICA

• RETÉM SÓLIDOS SUSPENSOS

• SENSÍVEL AO CLORO

• SEM LIMITE PARA O TDS

• PROBLEMAS COM “FOULING”

TROCA IÔNICA

• PROCESSO EM BATELADA

• NECESSITA DE REGENERANTE

• RETÉM APENAS PARTÍCULAS C/ CARGA

• NÃO RETÉM SÓLIDOS SUSPENSOS

• SENSÍVEL AO CLORO

• TDS NA ALIMENTAÇÃO É LIMITADO

• QUEBRA DE RESINAS







CONDIÇÕES DO ESTUDO - REQUISITOS

ASPECTOS GERAIS

• ÁGUA DE RIO

• VAZÃO DO RIO: 10.000 m³/h

• TDS: 100 mg/L

• TEMPERATURA: 25°C

• SDI: < 5

• TURBIDEZ: < 0,5 NTU

• CLORO LIVRE: 0 mg/L

• ÓLEOS E GRAXAS: < 0,1 mg/L

• pH: 7

• FERRO INSOLÚVEL: < 0,1 mg/L

• ALUMÍNIO: < 0,05 mg/L

• MANGANÊS: < 0,05 mg/L

CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO





CONDIÇÕES DO ESTUDO - PROJETO

OSMOSE REVERSA 75m³/h

• RECUPERAÇÃO: 75%

• PRESSÃO DE ALIMENTAÇÃO: 8,05 bar

• ARRANJO 11-6

• 17 VASOS NO TOTAL

• 6 MEMBRANAS POR VASO

• 102 MEMBRANAS NO TOTAL

• 125 FILTROS DE CARTUCHO

TROCA IÔNICA 75m³/h

• VAZÃO DE PRODUÇÃO: 75 m³/h

• ARRANJO COMPOSTO POR 1 VASO CATIÔNICO E 1 VASO ANIÔNICO, SEM TORRE DESCARBONATADORA

• REGENERAÇÃO CATIÔNICA FEITA COM HCl (100g/L)

• REGENERAÇÃO ANIÔNICA FEITA COM NaOH (100g/L)

• PERDA ANUAL DE RESINAS: 5%





ASPECTOS DIMENSIONAIS

ÁREA

64 m²

ÁREA

110 m²






ASPECTOS OPERACIONAISOSMOSE REVERSA

• SUBSTITUIÇÃO TOTAL DE MEMBRANAS ENTRE 3 E 5 ANOS

• TROCA MENSAL DE FILTROS DE CARTUCHO

• CAMPANHA: PROCESSO CONTÍNUO

• LIMPEZA QUÍMICA: 1 POR MÊS, COM DURAÇÃO DE 4h

• PODE HAVER VAZAMENTO NOS INTERCONECTORES

• VARIÁVEIS A SEREM MONITORADAS: VAZÃO, PRESSÃO, CONDUTIVIDADE

TROCA IÔNICA

• SUBSTITUIÇÃO TOTAL DAS RESINAS ENTRE 3 E 5 ANOS

• REPOSIÇÃO PARCIAL DE RESINAS ANUAL

• CAMPANHA: 24h

• REGENERAÇÃO: 1 POR DIA, COM DURAÇÃO DE 2h

• PODE HAVER PERDA DE RESINAS

• VAZÃO, PRESSÃO E CONDUTIVIDADE DA ÁGUA BRUTA E DA ÁGUA DESMI





Período de análise: 5 anos

Desembolso UnidadeIntervalo de desembolso

(meses)Quantidade Unitário Total Quantidade Unitário Total

Implantação (equipamentos) - 0 1 - R$ 1.500.000,00 1 - R$ 1.000.000,00Energia Elétrica kWh 1 32.102,62 R$ 0,17 R$ 321.668,21 6.145,44 R$ 0,17 R$ 61.577,33Antiincrustante kg 1 100 R$ 20,00 R$ 120.000,00 0 R$ 20,00 R$ 0,00Membranas p/ reposição Un 36 102 R$ 2.000,00 R$ 204.000,00 0 R$ 2.000,00 R$ 0,00Resina Catiônica L 36 0 R$ 7,00 R$ 0,00 2.554,05 R$ 7,00 R$ 17.878,35Resina Aniônica L 36 0 R$ 14,00 R$ 0,00 3.911,96 R$ 14,00 R$ 54.767,38Resina Catiônica (reposição) L 12 0 R$ 7,00 R$ 0,00 127,70 R$ 7,00 R$ 4.469,59Resina Aniônica (reposição) L 12 0 R$ 14,00 R$ 0,00 195,60 R$ 14,00 R$ 13.691,84Operadores HH 1 960 R$ 7,50 R$ 432.000,00 960 R$ 7,50 R$ 432.000,00NaOH (50%) regeneração/LQ kg 1 153,60 R$ 1,87 R$ 17.233,92 23.471,73 R$ 1,87 R$ 2.633.528,39NaOH correção de pH kg 1 360,00 R$ 1,87 R$ 40.392,00 0 R$ 1,87 R$ 0,00HCl (30%) regeneração/LQ kg 1 233,34 R$ 0,68 R$ 9.450,43 25.540,49 R$ 0,68 R$ 1.034.390,03HCl correção de pH kg 1 0 R$ 0,68 R$ 0,00 0 R$ 0,68 R$ 0,00Bissulfito de Sódio kg 1 216,00 R$ 3,00 R$ 38.880,00 148,50 R$ 3,00 R$ 26.730,00Filtros de Cartucho Un 1 125 R$ 12,00 R$ 90.000,00 0 R$ 12,00 R$ 0,00Vazão de produção 75 m³/h Custo Total R$ 2.773.624,56 Custo Total R$ 5.279.032,91Volume total produzido 3.285.000 m³ Custo por m³ R$ 0,84/m³ Custo por m³ R$ 1,61/m³

Osmose Reversa Troca Ionica

ASPECTOS FINANCEIROS

ANÁLISE DE CUSTOS DAS TECNOLOGIAS [1],[2]

* *

*TDSalimentação: 100ppm





ASPECTOS FINANCEIROS – REPOSIÇÃO


SUBSTITUIÇÃO DE MEMBRANAS

R$ 204.000,00 / reposição integral

SUBSTITUIÇÃO DAS RESINAS

R$ 72.645,72 / reposição integral+R$ 18.161,43 (5% AA)

R$ 90.807,15





ASPECTOS FINANCEIROS – 5 ANOS


CUSTO TOTAL (IMPLANTAÇÃO + OPERAÇÃO) 5 ANOS

CUSTO TOTAL

IMPLANTAÇÃO R$ 1.500.000,00 OPERAÇÃO R$ 1.273.624,56

R$ 2.773.624,56

CUSTO/M³ DE ÁGUA

IMPLANTAÇÃO 0,45 R$/m³OPERAÇÃO 0,39 R$/m³

0,84 R$/m³

CUSTO TOTAL

IMPLANTAÇÃO R$ 1.000.000,00 OPERAÇÃO R$ 4.279.032,91

R$ 5.279.032,91

CUSTO/M³ DE ÁGUA

IMPLANTAÇÃO 0,31 R$/m³OPERAÇÃO 1,30 R$/m³

1,61 R$/m³





ASPECTOS FINANCEIROS – 20 ANOS


CUSTO TOTAL (OPERAÇÃO) 20 ANOS

CUSTO TOTAL

OPERAÇÃO R$ 5.638.498,24

CUSTO/M³ DE ÁGUA

OPERAÇÃO 0,43 R$/m³

CUSTO TOTAL

OPERAÇÃO R$ 17.309.853,57

CUSTO/M³ DE ÁGUA

OPERAÇÃO 1,32 R$/m³





R$ 0,00

R$ 1.000.000,00

R$ 2.000.000,00

R$ 3.000.000,00

R$ 4.000.000,00

R$ 5.000.000,00

R$ 6.000.000,00

0 12 24 36 48 60

OR TI

ASPECTOS FINANCEIROS – EVOLUÇÃO DE CUSTOS

EVOLUÇÃO DOS CUSTOS OPERACIONAIS

CUSTO TOTAL (IMPLANTAÇÃO + OPERAÇÃO) 5 ANOS

Reposição total de membranas / resinas10 meses –

Equivalência de custos





R$ 0,00

R$ 1.000.000,00

R$ 2.000.000,00

R$ 3.000.000,00

R$ 4.000.000,00

R$ 5.000.000,00

0 12 24 36 48 60

OR TI

ASPECTOS FINANCEIROS – REDUÇÃO DO PREÇO NaOH


CUSTO TOTAL (IMPLANTAÇÃO + OPERAÇÃO) 5 ANOSCusto reduzido do NaOH a 1,32 R$/kg, base internacional

Reposição total de membranas / resinas13 meses –






R$ 0,00

R$ 1.000.000,00

R$ 2.000.000,00

R$ 3.000.000,00

R$ 4.000.000,00

R$ 5.000.000,00

R$ 6.000.000,00

0 12 24 36 48 60

OR TI

ASPECTOS FINANCEIROS –MEMBRANAS


CUSTO TOTAL (IMPLANTAÇÃO + OPERAÇÃO) 5 ANOSC/ REPOSIÇÃO ANUAL DE MEMBRANAS

Reposição total de resinas12 meses –






ASPECTOS FINANCEIROS - TCO


PERÍODO DE 5 ANOS

Reposiçãode Filtros de

Cartucho2,88%

Implantação46%

Reposição de Membranas

7,35%

ProdutosQuímicos

7,22%

Energia11,60%

Mão de Obra15,58%

Reposiçãode Resinas

(perdas)0,91%

Energia1,17%

ProdutosQuímicos

65,33%


3,67%

Implantação18,94%

Mão de Obra8,18%





ASPECTOS FINANCEIROS - OPEXOSMOSE REVERSA TROCA IÔNICA

Energia25%

Reposição de Membranas

16%

ProdutosQuímicos

17%

Mão de Obra34%

Reposição deFiltros de Cartucho

7%Reposiçãode Resinas

(perdas) 1%

Energia1% Mão de Obra

10%


2%

Produtos Químicos87%





ASPECTOS FINANCEIROS

OSMOSE REVERSA x TROCA IÔNICA

R$ 0

R$ 1.000.000

R$ 2.000.000

R$ 3.000.000

R$ 4.000.000

R$ 5.000.000

R$ 6.000.000

Implantação Mão de Obra Energia ProdutosQuímicos

Membranas /Resinas

Filtros deCartucho /

Resinas(Perdas)

Custo total

Valo

r Pr

esen

te (R

$)

Osmose Reversa Troca Iônica





ASPECTOS AMBIENTAIS

OSMOSE REVERSA

• MAIS EFLUENTES• POLUENTES MENOS CONCENTRADOS• CONSUMO MENOR DE QUIMICOS• 1 LIMPEZA/MÊS

TROCA IÔNICA

• MENOS EFLUENTES• MAIOR TEOR DE SAIS POR m³• MAIOR TEOR DE QUIMICOS POR m³• REGENERAÇÃO, DESPEJO DIÁRIO

Período 24 h 24 hTDS na alimentação 100,00 mg/L 100,00 mg/LTDS no efluente* 483,84 mg/L 12.874,03 mg/LVolume de efluente 792,00 m³ 63,93 m³Massa de sais no efluente 383,20 kg 823,00 kgGeração de sal 0,21 kg/m³ de produto 0,46 kg/m³ de produtoGeração de efluente 0,44 m³/m³ de produto 0,04 m³/m³ de produto

Troca Iônica (TI)Osmose Reversa (OR)

*OR: com Limpeza Química; TI: Regeneração





ASPECTOS AMBIENTAIS


• Qualidade do efluente final, antes do descarte no corpo d’água.

Parâmetro Água Bruta CONAMA 357 Efluente OR Efluente TI UnidadepH 7 5 a 9 8 7 -Temperatura 25 40 25 25 °CBoro 0,05 5 0,06 1,30 mg/LFerro 0,13 15 0,52 3,38 mg/LFluor 0 10 0 0 mg/LAmônia 0 20 0 0 mg/LSólidos Dissolvidos 100 - 400 12.874,03 mg/LSulfato 27,47 - 109,88 714,84 mg/LCloreto 30 - 120 4.666,77 mg/L

Ambos atendem





ASPECTOS AMBIENTAIS


• Qualidade do efluente final, após o descarte no corpo d’água.

Parâmetro Água Bruta CONAMA 357 Efluente OR Efluente TI UnidadepH 7 - 7 7 -Temperatura 25 - 25 25 °CBoro 0,05 - 0,05 0,05 mg/LFerro 0,13 - 0,13 0,13 mg/LFluor 0 - 0 0 mg/LAmônia 0 - 0 0 mg/LSólidos Dissolvidos 100 500* 100,75 113,40 mg/LSulfato 27,47 250* 27,68 28,19 mg/LCloreto 30 250* 30,22 34,86 mg/L* Valor após a mistura no corpo d'água. Vazão do corpo d'água: 10.000 m³/h

Ambos atendem





ASPECTOS AMBIENTAIS

DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS

• ESTIMATIVA ELABORADA COM BASE EM VIDA ÚTIL DE 3 ANOS

Membranas Filtros de Cartucho Resina Catiônica Resina AniônicaVolume (L) - - 2.554,05 3.911,96Massa (kg) 1.836,00 2.250,00 2.145,40 2.621,01Total (kg)

ComposiçãoPoliamida, Polisulfona e Poliester

Polipropileno

EstabilidadePericulosidade

Embalagem

4.766,41

Não requer

Troca Ionica

Estireno

InerteNão perigoso

Recipiente fechado

Osmose Reversa

InerteNão perigoso

4.086,00





ASPECTOS DE SEGURANÇA

OSMOSE REVERSA

• PRESSÕES ALTAS (15 bar)

• LIMPEZA QUIMICA 1 VEZ POR MÊS COM PRODUTOS EM BAIXAS CONCENTRAÇÕES (< 0,1%)

(NaOH 50%: 153,6 kg/limpeza; HCl 30%: 233,34 kg/limpeza)

• NaOH 50% PARA A CORREÇÃO DE pH (360 kg/mês)

TROCA IÔNICA

• BAIXA PRESSÕES (2 bar)

• REGENERAÇÃO DIÁRIA –MANIPULAÇÃO DE PRODUTOS PERIGOSOS

• SODA CÁUSTICA (NaOH) NA REGENERAÇÃO

(2.338kg/regeneração – NaOH 50%)

• ÁCIDO (HCl ou H2SO4) NA REGENERAÇÃO

(2.527kg/regeneração – HCl 30%)





ASPECTOS FINANCEIROSOUTROS COMPARATIVOS

Estudo realizado a 15 anos

Osmose Reversa é mais econômica para salinidade superior a 100ppm CaCO3





ASPECTOS FINANCEIROSOUTROS COMPARATIVOS

Custos assumidos em 2005





ALTERNATIVAS DE USO: COMBINAÇÃO DE PROCESSOS

OR

TI

ÁGUABRUTA

ÁGUADESMI

OR

EDI

LM

OR

OR

LM

TI

OROR: Osmose ReversaTI: Troca IônicaEDI: Eletrodeionização

Menor impacto ambiental

Melhor qualidade do permeado

Melhor relação custo-benefício[4]

Maior gasto operacional, menor investimento inicial

Menor rejeição de sais, baixo volume de efluente

Menor rejeição de sais, maior flexibilidade de alimentação

ÁGUADESMI

Condutividade < 10 µS/cm

Condutividade < 2 µS/cm





REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [1] Software Grundfos WinCAPS 2008.01.28 SQFLEX.

• [2] Software Projecão Perenne v06.• [3] Steven D. Coker, Scott S. Beardsley,

Sharon S. Whipple, An Economic Comparison of Demineralization with Reverse Osmosis and Ion Exchange Technology, Power-Gen Americas ’94, Dow Liquid Separations, December 7-9 1994.

• [4] Steven D. Coker, Scott S. Beardsley, Sharon S. Whipple, The Economics of Reverse Osmosis and Ion Exchange, Watertech Expo ’94, Dow Liquid Separations, November 9-11 1994.

• [5] François de Dardel, Water demineralisation. Ion Exchange and Reverse Osmosis: Competitors or Associates?, IX News Special Issue, Rohm and Haas, July 2005.





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