tcc magoga (completo) - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/tccs/2010-2/jonas magoga.pdf · 2...

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

JONAS MAGOGA

DESSALINIZAÇÃO POR OSMOSE INVERSA DAS ÁGUAS DE POÇO DO

AQUÍFERO GUARANI PARA AJUSTE AOS PARÂMETROS DE POTA BILIDADE.

Passo Fundo, Dezembro de 2010.

2

JONAS MAGOGA



Orientador: Prof. Dr. Vandré Barbosa Brião

Trabalho de Conclusão de Curso submetido à

Universidade de Passo Fundo, como parte dos

requisitos necessários à obtenção do Grau de

Engenheiro Ambiental

Dezembro de 2010.

3

TERMO DE APROVAÇÃO

JONAS MAGOGA



Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial para a obtenção do título de

Engenheiro Ambiental – Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de Engenharia e

Arquitetura da Universidade de Passo Fundo. Aprovado pela seguinte banca examinadora:

Orientador: __________________________________________ Vandré Barbosa Brião, Dr.

Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

__________________________________________ Marcelo Hemkemeier, Dr.

Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

__________________________________________

Ricardo Salami Debastiani, Graduado. Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

Passo Fundo, 07 de dezembro de 2010.

4

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me feito capaz.

A minha família, em especial a minha mãe e a minha irmã Eliane por me apoiar e

ajudar em todos os sentidos. Ao restante por acreditar que seria capaz de alcançar o título de

Engenheiro Ambiental.

Aos colegas de turma e amigos, Renato Luiz Tauffer, Heberton Júnior dos Santos,

Evandro Schweig, Barbara Maria Fritzen Gomes, Tiago Bedin, Marcos Antônio Bonamigo,

Valéria Tibola da Rocha, entre outros, por dividir os momentos de alegria e descontração e os

momentos de estudo divididos entre provas e trabalhos.

Aos colegas e Amigos que fiz durante o curso e que não se formarão comigo e aos

que já eram a tempo, pela amizade feita e que com certeza será mantida.

Ao professor Vandré Barbosa Brião, por ser meu orientador e me ajudar durante todo

o trabalho, pela forte amizade e por liberar a casa para as festas da turma.

Aos demais professores do curso de Engenharia Ambiental pelos ensinamentos

repassados.

À acadêmica de Engenharia Ambiental Nicole Becker Portela, por ter atuado como

colaboradora do trabalho, auxiliando na execução de pesquisas teóricas e na prática do TCC.

Às estagiárias do laboratório de Operações Unitárias da Engenharia de Alimentos e

os demais que de alguma forma contribuíram para o sucesso do trabalho.

As pessoas que participaram de alguma forma durante essa etapa de cinco anos, e

que serão certamente lembradas e mantidas em minha vida.

5

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Distribuição relativa das águas doces no planeta..................................................... 12

Figura 2 - Tipos de Aquíferos quanto à porosidade. ................................................................ 15

Figura 3 - Tipos de aquíferos quanto à pressão. ....................................................................... 16

Figura 4 - Área de Ocorrência do Sistema Aquífero Guarani. ................................................. 19

Figura 5 – Ilustração do processo de OI. .................................................................................. 23

Figura 6 – Fluxograma de funcionamento do filtro de membranas. ........................................ 26

Figura 7 – Fluxograma de mistura do permeado com o rejeito. ............................................... 31

6

RESUMO

Quando se trata de águas subterrâneas, imediatamente associa-se com águas puras e sem

complicação quanto a sua qualidade. Vários casos demonstraram que essa percepção é

enganosa e que em locais do aquífero, a água tem teor elevado de sais e não pode ser utilizada

para consumo por estar fora dos parâmetros exigidos por lei e por problemas que podem

causar a saúde. Por isso, tratamentos para a remoção dos sais nela contida são necessários. A

osmose inversa se adapta perfeitamente ao caso, por ser um método simples e que pode

remover grandes quantidades destes compostos, reduzindo sua concentração no permeado

significativamente. O objetivo do trabalho foi remover quantias elevadas de sais como sulfato

e fluoreto, remoção de sólidos totais e redução da condutividade contida em água de poço do

aquífero Guarani para atender aos padrões de potabilidade da portaria do Ministério da Saúde

no. 518, de 25 de março de 2004. O método consistiu em alimentar uma água de poço do

aquífero Guarani em um equipamento piloto de osmose inversa utilizando um planejamento

experimental 2² (pressão e velocidade tangencial como variáveis independentes), coletando

amostras de permeado e obtendo a remoção dos compostos críticos para a potabilidade. A

concentração de sulfato inicial era de 326,2 mg/L, e após passar pelo sistema de osmose

inversa, aplicando-se uma pressão de 2 MPa (20 bar) e vazão de recirculação de 3000 L/h,

obteve-se uma concentração de 16,8 mg/L. Isso demonstra que o processo de OI é, além de

eficiente, simples e não depende de solventes e produtos químicos, removendo grande

quantidade dos compostos em excesso na água. O projeto do sistema industrial atende a uma

vazão de 15 m³/h, permitindo ainda o reaproveitamento de uma parcela do rejeito que é

misturada a corrente do permeado, reduzindo o descarte. O projeto é eficiente e ocupa

pequena área física na sua instalação.

Palavras chave: Osmose Inversa; dessalinização; aquífero Guarani; filtro de membranas.

7

ABSTRACT

When it comes to groundwater, immediately associates with pristine waters and

uncomplicated as its quality. Several cases have shown that this perception is misleading and

that in some places of the aquifer, the water has high salt content and cannot be used for

consumption because it is not between the parameters required by law and it can cause

problems to the health. Therefore, treatments for the removal of salts contained in it are

needed. Reverse osmosis is suitable for the case to be a relatively simple procedure that can

remove large amounts of these compounds, reducing their concentration significantly. The

objective was to remove large amounts of salts such as sulfate and fluoride, removing solids

and reducing the conductivity of well water contained in the Guarani aquifer to meet

potability standards of the number 518 ordinance created in 25th March 2004 for Ministry of

Health. The method consisted of to feed pilot reverse osmosis equipment with water from the

Guarani aquifer well using an experimental design 2² (tangential velocity and pressure as

independent variables), collecting samples and obtaining permeate the removal of compounds

critical for potability. The initial sulfate concentration was 326.2 mg/L, and after passing

through the reverse osmosis system, applying a pressure of 2 MPa (20 bar) and recirculation

flow of 3000 L/h, it obtained a concentration of 16.8 mg/L. This demonstrates that the OI

process is, beyond efficient, simple and it doesn’t need solvents and chemicals, removing

large amounts of compounds in excess in the water. The project of the industrial system meets

at a flow rate of 15 m³/h, while still allowing the reuse of a portion of the waste that is mixed

with the permeate stream, reducing the waste. The design is efficient and uses a little physical

space once installed.

Keywords: Reverse Osmosis, desalination, Guarani aquifer; filter membranes.

8

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 10

2 REVISAO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 12

2.1 ÁGUA DOCE NO MUNDO .......................................................................................... 12

2.2 CICLO HIDROLÓGICO ................................................................................................ 13

2.3 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ........................................................................................... 13

2.3.1 Uso das Águas Subterrâneas ...................................................................................... 13

2.4 AQUÍFEROS .................................................................................................................. 14

2.4.1 Tipos de Aquíferos ..................................................................................................... 14

2.5 AQUÍFERO GUARANI ................................................................................................. 17

2.5.1 Localização ................................................................................................................. 18

2.5.2 Alguns problemas relacionados à qualidade das águas do Aquífero Guarani ........... 20

2.5.3 Problemas do excesso de minerais na água ................................................................ 20

2.6 FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS ............................................................................... 21

2.7 OSMOSE INVERSA ...................................................................................................... 22

3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................ 25

3.1 MATERIAL DE ESTUDO ............................................................................................. 25

3.2 PROCEDIMENTO OPERACIONAL ............................................................................ 25

3.3 TIPO DE MEMBRANA ................................................................................................. 26

3.4 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 26

3.5 PROJETO DO SISTEMA DE OI PARA PRODUÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL A

PARTIR DA ÁGUA DE POÇO DO AQUÍFERO GUARANI ............................................... 27

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................................... 28

9

4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS DO POÇO DO AQUÍFERO .............................. 28

4.2 DETERMINAÇÃO DAS MELHORES CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS ................ 28

4.3 PROJETO DO SISTEMA DE OI PARA PRODUÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL A

PARTIR DA ÁGUA DE POÇO DO AQUÍFERO GUARANI ............................................... 31

4.3.1 Cálculo da fração de mistura (permeado – rejeito) .................................................... 31

4.3.2 Cálculo da vazão final ................................................................................................ 32

4.3.3 Cálculo do tamanho do tanque de mistura ................................................................. 33

4.3.4 Cálculo do número de membranas necessárias .......................................................... 33

5 CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 35

REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 36

10

1 INTRODUÇÃO

O Aquífero Guarani é a maior reserva de água doce subterrânea do mundo. Está

localizado na região centro-leste da América do Sul distribuído em quatro países. Segundo

Araújo et al (1995), mais de 68% do aquífero se localiza em território Brasileiro seguido por

Argentina, Uruguai e Paraguai.

No Brasil, a região sul (Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul) é a que possui a

maior área do aquífero guarani, e em relação aos estados, o estado do Mato Grosso do Sul é o

que representa a maior extensão aquífera (OLIVEIRA, 2009).

Apesar do enorme volume de água armazenado e de ser enquadrado como um

reservatório de água doce, há vários poços em que a água apresenta teor elevado de sais e não

pode ser utilizada para consumo por estar fora dos parâmetros exigidos por lei e pelos males

que podem causar a saúde.

Rosa et al (2003) descreve grandes diferenças de qualidade das águas do aquífero no

Estado do Paraná, onde grande parte das águas é classificada como salobra. Igualmente,

Gastmans e Chang (2005) e Silva (1983), destacam que as águas nas proximidades do rio

Paraná aumentam substancialmente sua condutividade, ou seja, o seu teor de sais.

Outros autores citam poços próximos à divisa da Argentina com o Uruguai e no oeste

do estado de Santa Catarina com águas que não se apresentam em condições de consumo,

pelo mesmo fato de possuírem teores de sais elevados.

Pelas afirmações, deduz-se que o Sistema Aquífero Guarani não apresenta

homogeneidade quanto à qualidade química, sendo que em sua área de ocorrência há pontos

de águas salobras ou salinas, impróprias para consumo humano.

A água utilizada no estudo possui características salobras e os parâmetros que a

tornam imprópria para consumo são os sulfatos (SO42-), fluoretos (F-) e sólidos totais (ST), e

quando ingerida, pode causar danos à saúde como, por exemplo:

Nas águas para abastecimento público, o sulfato deve ser controlado porque provoca

efeitos laxativos (BRASIL, 2004). Nas águas usadas para o abastecimento industrial o sulfato

provoca incrustações em caldeiras e trocadores de calor.

O excesso de fluoreto na água pode causar a chamada fluorose, que provoca manchas

escuras ou claras na superfície dos dentes devido à diminuição do esmalte dentário.

11

Com relação aos sólidos totais, esses em quantidades excessivas podem torná-las

inadequadas ao consumo. A concentração de sólidos dissolvidos em concentrações elevadas

apresenta efeito laxativo, além de causar alterações no sabor. (LAURENTI, 1997).

A água do estudo é de um poço perfurado no aquífero guarani no município de

Tapejara/RS. O poço tem uma vazão de aproximadamente 30 m³/h, e devido a seus padrões

estarem fora dos permitidos pela legislação, optou-se adequar os mesmos por meio da

filtração por Osmose Inversa.

Os processos de separação por membranas se desenvolveram em várias áreas, entre

elas a de tratamento de águas. As principais aplicações são separação, purificação e

recuperação seletiva de soluções. (SCOTT; HUGHES, 1996).

A técnica não é utilizada em grande escala, mesmo ela tendo um índice grande de

sucesso na separação das misturas ou impurezas. O filtro utiliza diferença de pressões

(Osmose Inversa) para na membrana separar a água das impurezas diluídas. Gera duas

correntes de água, uma com a água purificada e outra com o rejeito contendo as impurezas

concentradas. Como se trata de uma remoção de sais, o processo de separação por membranas

se adapta perfeitamente, uma vez que o mesmo não se utiliza de solventes ou diluentes no

processo, sendo simples e eficiente.

O objetivo do trabalho foi realizar a dessalinização de águas do poço do aquífero

Guarani por osmose inversa, para adequar os parâmetros às normas de potabilidade da

portaria no. 518 de 25 de março de 2004, por meio de testes com um filtro de membranas

piloto. Consequentemente projetou-se um filtro de membranas de dimensões maiores para

produção de água purificada.

12

2 REVISAO BIBLIOGRÁFICA

2.1 ÁGUA DOCE NO MUNDO

É estimado o volume total de água na Terra em cerca de 1,35 milhões de quilômetros

cúbicos. Desta infinidade, 97,5 % é água salgada encontrada em oceanos e mares, 1,979 % é

água doce que está em geleiras, 0,514 % está em regiões subterrâneas (aquíferos) e apenas

0,007 % é água doce encontrada em rios, lagos e na atmosfera. (BOSCARDIN BORGHETTI,

2004)

A Figura 1 apresenta o gráfico da distribuição relativa das águas doces no planeta.

Fonte: Adaptado de SRH (2000) por Boscardin Borghetti et. Al. (2004).

Figura 1 - Distribuição relativa das águas doces no planeta.

O Brasil é um país privilegiado. Nele estão 11,6% de toda a água doce do planeta,

onde também se encontra o maior rio do mundo (Amazonas) e parte do maior reservatório de

água subterrânea do planeta (Sistema Aquífero Guarani).

13

2.2 CICLO HIDROLÓGICO

O calor do sol aquece a água dos oceanos e da superfície terrestre, que se evapora,

passando a formar parte da atmosfera, por onde circula até que se condensa e precipita sobre

os oceanos e continentes (alimentando rios, lagos, aquíferos, glaciários). Essa é a definição

mais simples do que é e como funciona o Ciclo Hidrológico na superfície da Terra.

Quando chove, parte da água se infiltra através de espaços encontrados no solo e nas

rochas, e quando não encontra mais estes espaços se desloca horizontalmente até as áreas de

menor pressão. O caminho subterrâneo é o mais lento, a água pode levar dias para percorrer

poucos metros, recarregando os aquíferos e mantendo a umidade do solo e o fluxo dos rios

lagos e brejos, cumprindo a sua fase do ciclo hidrológico. (BOSCARDIN BORGHETTI,

2004).

2.3 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Durante o percurso no qual a água percola entre os poros do subsolo e das rochas,

ocorre a depuração da mesma através de uma série de processos físico-químicos que agem

sobre a água modificando suas características anteriores e tornando-a mais adequada ao

consumo humano (SILVA, 1983).

A composição química da água subterrânea, portanto, é o resultado combinado da

composição da água que adentra o solo e da química influenciada diretamente pelas litologias

atravessadas, sendo que o teor de substâncias dissolvidas na água aumenta à medida que

prossegue no seu movimento.

Elas têm uma vantagem que tornam seu uso mais vantajoso em relação às águas dos

rios, elas já são filtradas e purificadas naturalmente devido a sua percolação no solo, tendo

uma qualidade maior e dispensando tratamentos prévios.

2.3.1 Uso das Águas Subterrâneas

Segundo Leal (1999), a exploração de água subterrânea está condicionada a fatores

quantitativos, qualitativos e econômicos. Quanto à quantidade, ligada à condutividade

hidráulica e ao coeficiente de armazenamento dos terrenos. Os aquíferos têm diferentes taxas

de recarga, alguns se recuperam lentamente e outros a recuperação é mais regular. A

14

qualidade é influenciada pela composição das rochas e condições climáticas e de renovação

das águas, e a parte econômica é dependente da profundidade do aquífero e das condições de

bombeamento.

Regiões áridas e semiáridas (Nordeste do Brasil e a Austrália), e certas ilhas, têm a

água subterrânea como o único recurso hídrico disponível para uso humano. Segundo o Censo

de 2000, aproximadamente 61 % da população brasileira é abastecida, para fins domésticos,

com água subterrânea, sendo que 6% se auto abastece das águas de poços rasos, 12% de

nascentes ou fontes e 43% de poços profundos (IBGE, 2003).

Os estados com maior número de poços perfurados são: São Paulo, Bahia, Rio

Grande do Sul, Ceará e Piauí (LEAL, 1999).

2.4 AQUÍFEROS

Aquífero é uma formação geológica do subsolo, constituída por rochas permeáveis,

que armazena água em seus poros ou fraturas, é um material geológico capaz de servir de

depositório e de transmissor da água armazenada.

Um aquífero pode se estender em poucos quilômetros quadrados a milhares de

quilômetros quadrados, e também, apresentar espessuras de poucos metros a centenas de

metros.

Um dos aquíferos mais importantes do mundo, por extensão ou pela

transnacionalidade é o Guarani que engloba os países da Argentina, Brasil, Paraguai e

Uruguai (1,2 milhões de km²), (ARAÚJO, 1995).

2.4.1 Tipos de Aquíferos

A litologia do aquífero, ou seja, a sua constituição geológica

(porosidade/permeabilidade intergranular ou de fissuras) é que irá determinar a velocidade da

água em seu meio, a qualidade da água e a sua qualidade como reservatório. A litologia é

decorrente da origem geológica das rochas determinando os diferentes tipos de aquíferos.

Quanto à porosidade, existem três tipos aquíferos conforme a Figura 2.

15

Fonte: Boscardin Borghetti et al. (2004).

Figura 2 - Tipos de Aquíferos quanto à porosidade.

a) Aquífero poroso ou sedimentar - formado por rochas sedimentares

consolidadas, sedimentos ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros

formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada. Armazenam um

grande volume de água e tem sua ocorrência em grandes áreas, constituindo os mais

importantes aquíferos. Ocorrem nas bacias sedimentares e em todas as várzeas onde se

acumularam sedimentos arenosos.

b) Aquífero fraturado ou fissural - formado por rochas ígneas, metamórficas ou

cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas,

abertas devido ao movimento tectônico. A sua capacidade de acumular água está

relacionada diretamente à quantidade de fraturas e aberturas, permitindo a infiltração e

fluxo. Os poços perfurados fornecem poucos metros cúbicos de água por hora, sendo que

a possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá de esse poço interceptar fraturas

capazes de conduzir a água.

c) Aquífero cárstico - formado em rochas calcárias ou carbonáticas, onde a

circulação da água se faz nas fraturas e outras descontinuidades que resultaram da

16

dissolução do carbonato pela água. Essas aberturas podem atingir grandes dimensões,

criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos.

Quanto à superfície superior (segundo a pressão da água), os aquíferos podem ser de

dois tipos:

a) Aquífero livre ou freático - constituído por uma formação geológica

permeável e superficial, totalmente aflorante em toda a sua extensão, e limitado na base

por uma camada impermeável.

b) Aquífero confinado ou artesiano - constituído por uma formação geológica

permeável, confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis.

A Figura 3 ilustra os tipos de aquíferos.

Fonte: Boscardin Borghetti et al. (2004).

Figura 3 - Tipos de aquíferos quanto à pressão.

17

2.5 AQUÍFERO GUARANI

O Sistema Aquífero Guarani (SAG) tem grande importância como fonte hídrica de

alta qualidade para o suprimento de água potável. Ao contrário do que anteriormente era

considerado, o aquífero não se distribui de forma homogênea em toda a sua extensão de

ocorrência. Existem várias intrusões de rochas básicas e intermediárias, o que compartimenta

o aquífero principalmente nas áreas onde há influência das grandes estruturas regionais.

A denominação de Aquífero Guarani foi sugerida pelo geólogo uruguaio Danilo

Anton em homenagem à grande nação indígena Guarani, cuja população, antes da

colonização europeia, se concentrava principalmente nas terras que compreendem as regiões

fronteiriças entre Brasil, Argentina, Uruguai e Paraguai, (ROCHA, 1996).

O aquífero se constitui pelo preenchimento de espaços nas rochas. As rochas do

Guarani constituem-se de um pacote de camadas arenosas depositadas na bacia geológica do

Paraná, entre 245 e 144 milhões de anos atrás. A espessura das camadas varia de 50 a 800

metros, estando situadas em profundidades que podem atingir até 1800 metros. Em

decorrência do gradiente geotérmico, as águas do aquífero podem atingir temperaturas

relativamente elevadas, em geral entre 50 e 85ºC.

A espessura do Aquífero Guarani é variável. A sequência deposicional composta

pelas formações Pirambóia e Botucatu possui mais de 800 m de espessura na região de

Alegrete/RS e 600 m na porção leste de Campo Grande/MS, Araújo et al (1995). Em

território argentino, a sequência correspondente às Formações Tacuarembó e Buena Vista,

possuindo mais de 840 m de espessura em Tostado, Província de Santa Fé. (AINCHIL E

GIUSO, 1997).

A proteção contra os agentes de poluição que comumente afetam os mananciais de

água na superfície, que decorre de mecanismos naturais de filtração e autodepuração bio-

geoquímica que ocorrem no subsolo, resulta numa água de excelente qualidade. A qualidade

da sua água e a possibilidade de captação nos próprios locais onde ocorrem as demandas faz

com que o aproveitamento das águas do aquífero Guarani assuma características econômicas,

sociais e políticas destacadas para abastecimento da população.

O principal problema existente é o risco de deterioração do aquífero em decorrência

do grande volume explotado e das fontes de poluição pontuais e difusas. Isso exige

gerenciamento adequado por parte dos governos federal, estadual e municipal, mas

18

principalmente da conscientização da população sobre a importância da manutenção desta

grande fonte renovável de água.

2.5.1 Localização

O aquífero Guarani é talvez o maior manancial transfronteiriço de água doce

subterrânea no planeta, estendendo-se desde a Bacia Sedimentar do Paraná até a Bacia do

Chaco-Paraná. Está localizado no centro-leste da América do Sul, entre 12º e 35º de latitude

Sul e 47º e 65º de longitude Oeste, subjacente a quatro países: Argentina, Brasil, Paraguai e

Uruguai.

Araújo et al (1995) descreve que as formações sedimentares do SAG estão

distribuídas por uma área de 1,210 milhões de km², ocupando a quase totalidade das bacias

sedimentares do Paraná e Chaco-Paraná, sendo 822.717 km² em território brasileiro, 225.000

km² na Argentina, 72.000 km² no Paraguai, e segundo Santa Ana, (2004), 90.000 km² no

Uruguai.

No Brasil, o aquífero se estende pela região central e oeste de São Paulo (155.800

km²), porção sudeste de Mato Grosso (26.400 km²), Mato Grosso do Sul (213.200 km²),

Paraná (131.300 km²), Santa Catarina (49.200 km²) e Rio Grande do Sul (157.600 km²),

(GASTMANS, 2007). Além da região do Triângulo Mineiro/MG (43.642 km²) e Região sul

de Goiás (45.575 km²), (OLIVEIRA, 2009).

A Figura 4 indica a localização e limites do Sistema Aquífero Guarani, bem como a

área de afloramento.

19

Fonte: Rosa Filho (2003).

Figura 4 - Área de Ocorrência do Sistema Aquífero Guarani.

20

2.5.2 Alguns problemas relacionados à qualidade das águas do Aquífero Guarani

Quando se fala em águas subterrâneas, imediatamente associa-se com águas puras e

sem nenhuma complicação quanto a sua qualidade. Vários casos demonstraram que essa

percepção é enganosa e que existem locais em que a água retirada apresentou, devido às

condições locais, teor elevado de sais não podendo ser utilizada para consumo por estar fora

dos parâmetros exigidos por lei e pelos males que podem causar a saúde.

Rosa F° et al (2003) descreve grandes diferenças de qualidade das águas do aquífero

no Estado do Paraná, onde grande parte das águas é classificada como salobra,. Igualmente,

Gastmans & Chang (2005) e Silva (1983), destacam que as águas nas proximidades do rio

Paraná aumentam substancialmente sua condutividade, ou seja, o seu teor de sais.

Pesce (2002) analisando poços termais perfurados na divisa da Argentina com o

Uruguai apresenta análises em que muitos dos poços apresentam teor elevado de sais,

tornando as águas impróprias para abastecimento público, podendo ser usadas unicamente por

suas condições termais.

Machado et al (2002) estudando o Aquífero Guarani no oeste de Santa Catarina,

chegaram à conclusão de que em muitos locais, não se apresenta água de boa qualidade

mostrando também tipos químicos cloretados sódicos.

2.5.3 Problemas do excesso de minerais na água

O excesso destes compostos na água, se ingerida pelo ser humano, pode causar

complicações a saúde.

A fluoretação das águas de abastecimento público apresenta um grande alcance

populacional, promovendo uma redução na incidência de cárie em populações de diferentes

níveis socioeconômicos, atuando nos organismos dos indivíduos até mesmo quando estes

desconhecem que estão sendo atingidos. (BUENDIA, 1996).

Mesmo com este beneficio, pesquisadores citam os fluoretos como sendo muito

prejudiciais à saúde se consumidos seguidamente, e defendem que não deveriam ser

adicionados à água para consumo, pois não seria necessária a sua ingestão uma vez que seu

benefício se dá na diminuição da incidência de cáries dentárias. Alguns confirmam que seus

malefícios vão além dos já confirmados causados nos dentes, atingindo os ossos, pele e até o

cérebro.

21

Como os dentes e os ossos são os maiores reservatórios de cálcio, é para lá que o

excesso de flúor tende a se dirigir, passando a deformá-los e a provocar o que cientificamente

se conhece como fluorose (manchas escuras ou claras características que se formam na

superfície, causados pela diminuição do esmalte dos dentes). As disfunções renais, ao

impedirem a perfeita eliminação do excesso de flúor, fazem aumentar os riscos da fluorose.

As concentrações de sulfato em águas naturais variam em geral na faixa de 2 mg/L a

80 mg/L, embora possam exceder a 1000 mg/L em áreas próximas a descargas industriais ou

em regiões áridas onde sulfatos minerais, tal como o gesso, estão presentes.

Nas águas para abastecimento público, o sulfato deve ser controlado porque provoca

efeitos laxativos, sendo o padrão de potabilidade fixado em 250 mg/L pela Portaria do

Ministério da Saúde no 518 de 25 de março de 2004. (BRASIL, 2004).

Nas águas usadas para o abastecimento industrial, o sulfato provoca incrustações em

caldeiras e trocadores de calor. É bastante conhecido o problema da ocorrência da corrosão

em coletores de esgoto de concreto, motivada pela presença de sulfato.

Com relação aos sólidos totais presentes na água, esses em quantidades excessivas

podem torná-las inadequadas ao consumo. Recomenda-se que o teor de sólidos totais

dissolvidos seja menor que 1.000 mg/L, segundo o padrão de potabilidade da Portaria do

Ministério da Saúde no 518 de 25 de março de 2004.

A concentração de sólidos dissolvidos deve ser menor em água para abastecimento

público, pois em concentrações a 2.000 mg/L, esta apresenta efeito laxativo. O excesso de

sólidos dissolvidos na água pode causar alterações no sabor e problemas de corrosão. Já os

sólidos em suspensão, provocam a turbidez da água gerando problemas estéticos e

prejudicando a atividade fotossintética. (LAURENTI, 1997).

2.6 FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS

É complicada a definição exata de o que é uma membrana. De um modo geral, é uma

barreira entre duas fases que restringe o transporte das diversas espécies químicas ou

elementos de maneira específica e seletiva. A separação é em nível microscópico, e só pode

ser mensurado por meio de análises químicas.

Os processos de separação por membranas se desenvolveram em várias áreas, entre

elas a de tratamento de águas. As principais aplicações são separação, purificação e

recuperação seletiva de soluções. (SCOTT; HUGHES, 1996).

22

Na década de 60, iniciou uma nova classe de processos que foi introduzida junto às

operações unitárias clássicas, surgia baseada no simples conceito de uma membrana

semipermeável, que separava componentes seletivamente, melhorando ou substituindo

operações tradicionais como a destilação, a adsorção e a extração. (SCOTT; HUGHES, 1996).

Essa tecnologia passou por períodos de desenvolvimento em laboratórios de

universidades do mundo, para que mais tarde essas idéias tomassem rumo para uma aplicação

industrial dos experimentos de nível piloto (GLIMENIUS, 1980).

Através dos anos, físicos, químicos e engenheiros destinaram-se a desenvolver

membranas melhores e estender sua faixa de aplicação. Os avanços progrediram devido às

muitas vantagens que o processo apresentava, por ser mais rápido, mais eficiente, mais

econômico e na maioria das vezes ser atérmico, necessitando de menos energia que os

processos tradicionais (STRATHMANN, 1980).

A técnica não é utilizada em grande escala, mesmo ela tendo um índice grande de

sucesso na separação das misturas ou impurezas. O filtro utiliza diferença de pressões

(Osmose Inversa) para na membrana separar a água das impurezas diluídas. Gera duas

correntes de água, uma com a água purificada e outra com o rejeito contendo as impurezas

concentradas.

2.7 OSMOSE INVERSA

Osmose inversa é um processo de remoção de água por alta pressão, para

concentração de soluções com componentes de baixo peso molecular, ou clarificação de

efluentes, com alta eficiência energética.

A osmose inversa é um processo de separação em que um solvente é separado de

um soluto de baixa massa molecular por uma membrana permeável ao solvente e

impermeável ao soluto. Isso ocorre quando se aplica uma grande pressão sobre este meio

aquoso, o que contraria o fluxo natural da osmose.

O processo é bem simples. A pressão aplicada deve superar a pressão osmótica da

solução para separar os sais da água. Na prática, a pressão de operação deve superar também a

resistência da membrana, a resistência da zona de concentração - polarização e a resistência

interna do equipamento. As pressões de operação reais são, portanto, mais elevadas do que a

pressão osmótica da solução. Nesse processo empregam-se membranas sintéticas porosas com

tamanhos de poros tão pequenos que filtram os sais dissolvidos na água. Assim, a membrana

23

permitirá apenas a passagem de solvente (água pura), retendo os solutos (sais dissolvidos e

contaminantes). A água obtida pelo processo de Osmose Reversa resulta em uma água

ultrapura por um processo de comprovada confiabilidade. A Figura 5 ilustra o processo de OI,

onde somente a água tende a passar livremente pela membrana.

Fonte: GEA Filtration, 2005.

Figura 5 – Ilustração do processo de OI.

Os usos da osmose inversa são diversos, sempre relacionados à separação de íons.

Dentre eles é possível citar:

a) Dessalinização de água do mar, tanto para consumo humano quanto para outros

processos.

b) Pré-concentração de produtos de laticínios e alimentos, anteriormente aos

processos de evaporação.

c) Alimentação de caldeiras, pois exigem água pura. A evaporação da água causa a

incrustação da superfície dos tubos pelos sólidos presentes na mesma, reduzindo a

transferência de calor e aumentando o consumo de combustível e o risco de

explosões.

24

d) Produção de produtos químicos em hospitais, conglomerados farmacêuticos e

laboratórios. Processos de hemodiálise são alimentados com água desmineralizada

ou destilada.

e) Recuperação de águas residuais na indústria (água de processo).

f) Concentração de sucos, proteínas e vinho na indústria alimentícia.

Comparada ao processo de troca iônica, por exemplo, muito utilizado para a remoção

de íons em águas industriais, a osmose inversa tem a vantagem de dispensar a etapa de

regeneração, um processo que interrompe a produção e ao mesmo tempo consome uma

grande quantidade de produtos químicos (ácidos e bases fortes). Como desvantagem existe a

geração de um fluxo de rejeito, solução com elevadas concentrações de sais em volumes

grandes.

25

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 MATERIAL DE ESTUDO

A água utilizada no estudo provém de um poço do aquífero Guarani nas

proximidades do município de Tapejara/RS. A mesma tem alto teor de sais, como sulfatos e

fluoretos, e não pode ser utilizada para consumo humano por estar fora dos padrões exigidos

em lei (Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004). As análises feitas indicaram que a mesma

não possuía contaminação microbiológica, assim sendo, a utilização do processo de Osmose

Inversa resolveria o problema do excesso dos sais nela contida.

3.2 PROCEDIMENTO OPERACIONAL

A unidade de Osmose Inversa utilizada na prática do experimento é discriminada

pelo fluxograma da Figura 6 (o fluxograma de detalhes encontra-se no Anexo A).

A água foi alimentada em um tanque (TQ – 100), impulsionado por uma bomba

centrífuga (BC – 100) através da carcaça da membrana, separando o permeado e o retido, que

logo após retornam ao mesmo tanque (ciclo fechado). O controle da temperatura durante este

procedimento foi realizado com o auxílio de um trocador de calor (TC – 100). As válvulas V

– 103 e V – 104 controlam a pressão e vazão de rejeito do equipamento.

Ao longo dos experimentos foi medido o fluxo do permeado e retiradas alíquotas

para a caracterização físico-química. No permeado e rejeito foram imediatamente realizados

os ensaios de condutividade (com o auxílio de um condutivímetro) e pH (por meio de um

pHmetro). Amostras do permeados e rejeitos foram coletadas e enviadas ao laboratório para

análises físico-químicas, entre elas sulfato, Sólidos Totais e fluoretos.

A análise de sulfato seguiu o método de Espectrometria, a análise de Sólidos Totais

pelo método de Gravimetria e o fluoreto analisado pelo método de Potenciometria.

Os parâmetros foram comparados a Portaria 518/04 do Ministério da Saúde

(BRASIL, 2004), que define os padrões de potabilidade da água.

26

Figura 6 – Fluxograma de funcionamento do filtro de membranas.

3.3 TIPO DE MEMBRANA

A membrana comercial de OI utilizada foi o modelo 3838 HR-NYV da fabricante

KOCH Membrane Systems, possui uma área de filtração de 7,1 m², de poliamida e de

configuração espiral. Mais dados são demonstrados no Anexo D.

3.4 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL

Um planejamento experimental de duas variáveis independentes (p e Q) em dois

níveis possibilitou a combinação dos parâmetros para a otimização do fluxo permeado. O

Quadro 1 apresenta a matriz do planejamento experimental.

27

Quadro 1 – Matriz de planejamento experimental

Experimento Pressão (Pa) QR (L/h) A 1 x 106 1000 B 1 x 106 3000 C 2 x 106 1000 D 2 x 106 3000

As variáveis de resposta do sistema foram o fluxo de permeado e as concentrações de

sulfato, Sólidos Totais e fluoreto no permeado, bem como a condutividade desta última.

Utilizaram-se comparações de análise de variância dos resultados por programa

estatístico, gerando tabelas indicando a proximidade das médias e teste de TUKEY, o qual

demonstra comparações significativas quando seus resultados são menores que α = 5%,

determinando-se as melhores condições de pressão e velocidade para cada parâmetro

analisado do permeado.

3.5 PROJETO DO SISTEMA DE OI PARA PRODUÇÃO DE ÁGUA POTÁ VEL A

PARTIR DA ÁGUA DE POÇO DO AQUÍFERO GUARANI

Através dos resultados obtidos na etapa de otimização do sistema, dimensionou-se

um filtro para maiores vazões, onde seria aproveitado o permeado que é separado no sistema e

também parte do rejeito, criando outra corrente que se adequa aos padrões exigidos por lei

(Portaria no. 518/2004).

Esta mistura foi calculada tomando por base o parâmetro de maior concentração na

água segundo as análises e que confronte com a Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004. O

sulfato (SO42-) é o mais preocupante entre todos os parâmetros. Usado como referência no

projeto seu valor de VPM pode chegar a 250 mg/L segundo a Portaria. Após a filtração a

média de concentração no permeado foi bem menor que a permitida, sendo adotado uma

mistura final com concentração de 150 mg/L para a variável sulfato.

A vazão de entrada foi adotada em 15 m³/h, sendo suficiente para abastecimento de

indústrias de médio porte. A porcentagem de mistura dá o valor final de vazão, que seria o

percolado mais o rejeito em pequena proporção. Após projetou-se um equipamento que utiliza

duas membranas por carcaça de inox, alimentadas transversalmente.

28

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS DO POÇO DO AQUÍFERO

Tabela 1 – Análise físico-química do poço do SAG

pH Condutividade Sulfato Fluoreto ST

Portaria no 518/04 6,0 - 9,5 2000 250 1,5 1000

Poço A. Guarani 8,71 1842 326,2 1,68 1289,4

Comparando os resultados da análise com a Portaria 518/04 do Ministério da Saúde,

observa-se que praticamente todos os índices encontram-se acima dos permitidos. O sulfato é

o mais preocupante, está mais de 30% acima dos valores de concentração permitidos. O

fluoreto também preocupa uma vez que seu excesso causa problemas à saúde. A concentração

de ST, também em excesso é removida facilmente pelo método de OI. Outros parâmetros

foram monitorados por estarem muito próximos dos padrões, que é o caso da condutividade.

Como a maioria dos parâmetros analisados estão em excesso na água, foi necessário

um ajuste para se adequarem aos padrões exigidos pela lei, utilizando-se o processo de

Osmose Inversa.

4.2 DETERMINAÇÃO DAS MELHORES CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS

A Tabela 2 mostra os valores médios das variáveis de resposta para cada condição

experimental testada.

Tabela 2: Médias e desvios padrões das variáveis de resposta

Exp. Pressão

(Pa)

QR

(L/h)

Condutividade

(µS/cm) Sulfato (mg/L) Fluoreto (mg/L) ST (mg/L) Fluxo (L/m².h)

A 1 x 106 1000 151,90 + 14,71 (a) 35,15 + 5,44 (a) 0,19 + 0,05 (a) 106,8 + 9,61 (a) 17,015 + 0,686 (a)

B 1 x 106 3000 38,10 + 10,04 (b) 31,65 + 9,83 (a) 0,105 + 0,148 (a) 23,65 + 2,75 (b) 17,915 + 0,983 (a)

C 2 x 106 1000 77,85 + 11,10 (b) 23,45 + 3,75 (b) 0 + 0 (a) 69,5 + 10,61 (a) 34,97 + 1,032 (b)

D 2 x 106 3000 34,60 + 19,23 (b) 16,8 + 4,52 (b) 0 + 0 (a) 25,85 + 15,77 (b) 36,24 + 2,333 (b)

* Em uma mesma coluna, índices iguais representam valores iguais pela comparação estatística de médias.

* Os testes de Tukey apresentam-se no Apêndice B.

29

A interação entre as duas variáveis independentes ocorreu somente quando a

condutividade foi avaliada como variável de resposta. A Tabela 3 apresenta os resultados do

teste de TUKEY para todas as variáveis de resposta em relação às variáveis independentes.

Tabela 3 – Resultados dos testes de probabilidade das variáveis de resposta em relação às

variáveis independentes.

Efeito Valor p

Condutividade Sulfato Fluoreto Sólidos Totais Fluxo

Pressão 0,018259* 0,041504* 0,058463 0,081912 0,000054*

Velocidade 0,001456* 0,320871 0,491466 0,001125* 0,337530

Pressão*Velocidade 0,024784* 0,743065 0,491466 0,059980 0,861781

* : estatisticamente significativo com α=5%

A Tabela 3 demonstra que ambas variáveis independentes apresentaram efeito sobre

a condutividade (valores p menores que 0,05), havendo ainda a interação entre a Pressão e a

Velocidade Tangencial. O efeito da velocidade tangencial na redução da condutividade do

permeado deve-se ao arraste convectivo dos sólidos, reduzindo a camada polarizada, e em

consequência, reduzindo a passagem dos sais por difusão através da membrana.

Os experimentos B, C e D apresentaram melhores resultados de remoção de

condutividade, e nessas condições o permeado apresentou menores valores, sendo iguais

estatisticamente nos três casos. Para essas três condições, a condutividade do permeado foi

50% inferior ao valor de condutividade apresentada no permeado obtido no experimento A.

Quando avaliada a presença de sulfato no permeado, somente a pressão apresentou efeito

nesta variável de resposta (p = 0,041504), sendo que a velocidade tangencial não exerceu

resultados estatisticamente significativos. O aumento da pressão ocasionou um aumento da

remoção de sulfato, e deste modo, a aplicação de 20 bar (2 MPa) resultou em uma menor

concentração deste composto no permeado, sendo selecionada como condição experimental

adequada.

Quanto à concentração de fluoreto no permeado, nenhuma das variáveis

independentes (pressão e velocidade tangencial) apresentaram efeito sobre esta, o que indica

que todos os experimentos removeram suficientemente este composto da agua alimentada.

30

Somente a velocidade tangencial influenciou na presença de ST no permeado,

enquanto que os diferentes níveis de pressão aplicados (1 MPa e 2 MPa) não demonstraram

reduzir a concentração de ST na corrente permeada. Deste modo, quando foi utilizada a maior

vazão de recirculação (3000 L/h), resultando em uma maior velocidade tangencial, aumentou-

se a rejeição da membrana, e em consequência, houve uma menor concentração de ST no

permeado. Isto é evidenciado quando observadas as medias dos experimentos B e D (Tabela

2). A concentração de media de sólidos totais no permeado quanto utilizada a vazão de 3000

L/h foi de 24,73 mg/L, enquanto este valor foi de 88,15 mg/L quando a vazão de recirculação

foi de 1000 L.h-1.

O Fluxo sofre efeito diretamente proporcional à pressão. A Tabela 3 mostra que

duplicando-se a pressão (de 1,0 MPa para 2,0 MPa), o fluxo apresentou valores dobrados,

elevando-se de cerca de 17 L.m-2.h-1 para cerca de 35 L.m-2.h-1.

O Quadro 2 apresenta a síntese da melhor condição experimental para cada variável

de resposta.

Quadro 2 - Análise das condições para utilização do método.

Experimento Pressão

(Pa) QR

(L/h) Condutividade

(µS/cm) Sulfato (mg/L)

Fluoreto (mg/L)

ST (mg/L)

Fluxo (L/m².h)

A 1 x 106 1000 X B 1 x 106 3000 X X X C 2 x 106 1000 X X X X D 2 x 106 3000 X X X X X X – Melhor condição experimental.

O Quadro 2 serviu para determinar a melhor condição experimental que seria

utilizada. Observa-se que o experimento D foi o que recebeu pontuação de todos os

parâmetros testados, sendo este o escolhido como o mais eficiente na remoção da

concentração das variáveis testadas e também por obter o maior fluxo.

31

4.3 PROJETO DO SISTEMA DE OI PARA PRODUÇÃO DE ÁGUA POTÁ VEL A

PARTIR DA ÁGUA DE POÇO DO AQUÍFERO GUARANI

Conforme os resultados dimensionou-se um sistema de Osmose Inversa de

proporções maiores, utilizado para a produção de água potável a partir da água do poço do

aquífero Guarani. Os cálculos a seguir são relativos ao seu dimensionamento.

4.3.1 Cálculo da fração de mistura (permeado – rejeito)

A água permeada apresentou concentrações de sais abaixo da legislaçao, sendo assim

a mesma se permite adicionar uma quantia do rejeito separado anteriormente ficando ainda

dentro dos padrões exigidos. Adotou-se o parâmetro Sulfato por ser o mais crítico conforme

demonstrado em análises. Adotou-se na fórmula também a quantia de 100 litros na

alimentação (variável). A Figura 7 mostra o fluxograma de como será feita a mistura. As

concentrações indicadas representam o sulfato.

Figura 7 – Fluxograma de mistura do permeado com o rejeito.

Concentração de (SO4)

Entrada: 326,2 mg/L

Permeado (P): 16,8 mg/L

Rejeito (R): 269 mg/L

Final desejada (S): 150 mg/L

32

O balanço material para o sulfato é apresentado nas equações (1), (2), (3) e (4).

(P x 16,8 mg/L) + (R x 269 mg/L) = (S x 150 mg/L) (1)

(100 L x 16,8 mg/L) + 269.R mg/L = 150.S mg/L (2)

1680 + 269.R = 150.S (3)

100 + R = S (4)

A porcentagem da mistura foi obtida por um balanço material no tanque de mistura.

O balanço global é demonstrado na equação (4).

Substituindo (3) em (4) têm-se:

1680 + 269.R = 150 x (R + 100) (5)

1680 + 269.R – 150.R = 15000 (6)

1680 + 119.R = 15000 (7)

R = 111,93 L/h

Logo a equação (4):

100 + R = S (4)

S = 211,93 L/h

A vazão de saída final com concentração de sulfatos á 150 mg/L e com a entrada de

100 L/h na alimentação, a mistura final das duas correntes (percolado e rejeito) é de 211,93

L/h.

4.3.2 Cálculo da vazão final

A vazão de entrada no filtro é de 15000 L/h, assim para calcularmos a vazão final de

saída após a mistura das correntes é simples.

33

100 L/h 211,93 L/h

15000 L/h Qf

Qf = 31.789,50 L/h

4.3.3 Cálculo do tamanho do tanque de mistura

Com a vazão final calculada, o tamanho do tanque é proporcional ao armazenamento

durante uma hora do volume total de água. Assim o mesmo terá um volume de

aproximadamente 32 m³. Foi adotado um diâmetro de 3,5 m para o tanque e o mesmo terá

forma circular.

V = π x r² x h

32 m² = π x 1,75² x h

h = 3,50 m

4.3.4 Cálculo do número de membranas necessárias

Para calcular a quantia de membranas a serem utilizadas para uma vazão de 15000

L/h, deve-se basear na área de filtração da membrana, que é de 7,1 m² para o modelo utilizado

no experimento.

A média do fluxo nas condições escolhidas é de 36,24 L/m².h.

Assim por regra de três:

36,24 L/h 1 m² de área filtrante

15000 L/h A

A = 15000 (L/h).m² 36,24 L/h A = 413,91 m²

34

Com a área total filtrante para uma vazão de 15000 L/h calculada (413,91 m²), a

mesma é transformada em quantia de membranas a ser empregada no módulo do

equipamento.

1 membrana 7,1 m²

X membranas 413,91 m²

X = 58,3 = 60 membranas

Encontrado o número de membranas, partiu-se ao projeto.

Cada carcaça contém 2 membranas em série no seu interior. Para um melhor

aproveitamento de espaço, foram colocadas 5 fileiras de tubos na horizontal e 6 fileiras na

vertical, totalizando os 30 tubos que contém as 60 membranas. As plantas do equipamento

encontram-se no Apêndice C.

35

5 CONCLUSÃO

A Osmose Inversa permitiu a redução dos parâmetros condutividade, sulfato,

fluoreto e sólidos totais da amostra, atingindo valores inferiores em relação aos que se

apresentavam.

Das condições de experimento testadas, a que aperfeiçoou o processo foi a condição

D (2 MPa de pressão e 3000 L/h de velocidade tangencial), por proporcionar um aumento na

vazão do permeado e significativas reduções nas concentrações dos compostos analisados. No

caso da variável sulfato utilizada como referência, sua concentração inicial era de 326,2 mg/L,

e após a passagem pelo sistema chegou à concentração de 16,8 mg/L, removendo 94,8% do

composto no permeado. Isso demonstra que o processo de OI é eficiente e remove grande

quantidade dos compostos em excesso na água.

Quanto ao projeto elaborado, o mesmo permitiu aproveitar as duas correntes

(permeado e rejeito) obtendo uma mistura final que atende os padrões de potabilidade da

portaria do Ministério da Saúde, n.º 518, de 25 de março de 2004. A proporção da mistura foi

de 1 / 1,11 parte de permeado para rejeito.

O processo de OI é possível de ser aplicado para purificação de água, o mesmo

ocupa pouco espaço físico e tem uma eficiência elevada.

36

REFERÊNCIAS

AINCHIL, J. E.; GIUSSO, E. M. Perforación hidrotermal profunda em Villa Elisa (e.r.).

el ajuste de la factibilidad geoeléctrica y los criterios interpretativos. 1º Congreso

Nacional de Hidrogeología. Bahía Blanca - Argentina. 1997. pp.97a 103.

ANA. Superintendência de Informações Hidrológicas – SIH. Águas Subterrâneas. Brasília.

Agosto/2002.

ARAÚJO, L.M.; FRANÇA, A.B.; POTTER, P.E. 1995 Aquífero Gigante do Mercosul no

Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai: Mapas hidrogeológicos das formações Botucatu,

Pirambóia, Rosário do Sul, Buena Vista, Misiones e Tacuarembó. Universidade Federal

do Paraná (UFPR) e Petróleo Brasileiro S/A (Petrobrás), 16 p. e anexos.

BOSCARDIN BORGHETTI, N. R.; BORGHETTI, J. R.; DA ROSA FILHO, E. F. O

Aquífero Guarani. 2004. Disponível em: www.oaquiferoguarani.com.br. Acesso em 15 de

outubro de 2010.

BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria 518, de 25 de março de 2004. Estabelece os

procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água

para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Brasília, 2004.

BUENDIA, O. C. Fluoretação de águas: manual de orientação prática. São Paulo:

American Med Editora Ltda, PNUD. 1996. 138 p.

CAMARGO, M.L. Saúde & Beleza Forever - Seu Guia Contemporâneo de Nutrição e

Higiene, 2003, RJ.

GASTMANS, D. & CHANG, H. K. 2005. Avaliação da Hidrogeologia e Hidroquímica do

Sistema Aquífero Guarani (SAG) no Estado do Mato Grosso do Sul. Revista Águas

Subterrâneas. Vol. 19. Nº 1. p. 35- 48.

37

GASTMANS, D. Hidrogeologia e hidroquimica do Sistema Aquífero Guarani na porção

ocidental da Bacia Sedimentar do Paraná. Tese (Doutorado em Geociências). Instituto de

Geociências e Ciências Exatas, UNESP. Rio Claro, 2007. 194 f.

GEA FILTRATION; Filtração por membranas - Osmose Reversa, Nanofiltração,

Ultrafiltração e Microfiltração; Hudson, Wisconsin, USA. 2005.

GLIMENIUS, Rune. Membrane process for water, pulp and paper, food: the state of art.

Desalination, Amsterdam: Elsevier Science Publisher B.V, 1980, v. 35, p. 259 – 272.

HABERT, A. C.; BORGES, C. P.; NOBREGA, R.; Processo de Separação por

Membranas; Escola Piloto de Engenharia Química; 180 p.; Rio de Janeiro; E-papers; 2006.

LAURENTI, A., “Qualidade de Água I”, Ed. Imprensa Universitária- UFSC, (1997).

LEAL, A. de S. O Estado das Águas no Brasil - ANEEL - MMA/SRH – OMM. 1999.

MACHADO, J.L.F.; FREITAS, M.A. de; CAYE, B.R. 2002 Evolução hidrogeoquímica dos

aquíferos no oeste catarinense. In: XII Ccongresso Brasileiro de Águas Subterrâneas,

Florianópolis, ABAS.

OLIVEIRA, L. A. O Sistema Aquífero Guarani no estado de Goiás: distribuição,

caracterização hidrodinâmica, hidroquímica, composição isotópica e CFCs. Tese

(Doutorado em Geologia). Universidade de Brasilia, Instituto de Geociências. Brasilia 2009,

188 p.

PESCE, A. 2002. Thermal SPA’s: Na Economical Development Alternative along both

sides of Uruguay River. GHC Bulletin. 7 p.

ROCHA, G. A. Mega reservatório de água subterrânea do cone sul: bases para uma

política de desenvolvimento e gestão. Contribuição ao seminário internacional "Aquífero

Gigante do Mercosul". Universidade Federal do Paraná. Curitiba. 1996

38

ROSA FILHO, E. F. da; HINDI, E. C.; ROSTIROLLA, S. P.; FERREIRA, F. J. F.;

BITTENCOURT, A. V. L. – Sistema Aquífero Guarani – Considerações Preliminares Sobre a

Influência do Arco de Ponta Grossa no Fluxo das Águas Subterrâneas. Revista Águas

Subterrâneas nº17; Curitiba; maio/2003, 91 – 111, 2003.

SANTA ANA, H. B. A. Análise tectono-estratigráfica das sequências permotriassica e

jurocretácea da bacia chacoparanense uruguaia (“cuenca norte”). Tese (Doutorado em

geociências). Universidade Estadual Paulista. Instituto de Geociências e Ciências Exatas. Rio

Claro, 2004. 274 p.

SCOTT, K.; HUGHES, R. Industrial membrane separation technology. London: Blackie

Academic& Professional, 1996. 305 p.

SILVA, R.B.G. da 1983. Estudo Hidroquímico e Isotópico das Águas Subterrâneas do

Aquífero Botucatu no Estado de São Paulo. São Paulo, SP. Tese de Doutorado. IG/USP.

133 p.

STRATHMANN, H. Membrane Separation Process. Journal of Membrane Science,

Amsterdan: Elsevier Science Publisher B.V, 1981, v. 9, p. 121 – 189.

USA. Ten great public health achievements - United States, 1900 - 1999. MMWR Morb

Mortal Wkly Rep , v.48, n.12, Apr 2, p.241-3. 1999.

WGM Sistemas Imp. Exp. LTDA; Manual de operação do piloto de osmose reversa para a

Universidade de Passo Fundo; 19 p. São Paulo; 2010.

39

APÊNDICE A

TABELAS DE ANÁLISE FÍSICO-QUÍMICA

40

Tabela 01 – Valores obtidos na primeira batelada de testes

Exp. Pressão (Pa) Temp. (oC) Frequência VR (L/h) VP (L/h) Fluxo

(L/m².h) 01 1 x 106 16 40,31 1000 124,30 17,51 02 1 x 106 17 43,03 3000 132,11 18,61 03 2 x 106 19 57,80 1000 253,44 35,70 04 2 x 106 21 59,59 3000 269,01 37,89

Tabela 02 – Resultado das análises físico químicas do primeiro experimento

Exp. pH Condutividade (µS/cm)

Sulfatos (mg/L)

Fluoretos (mg/L)

ST (mg/L)

VPM 6 - 9,5 2000 250 1,5 1000 A* 8,71 1842 326,2 1,68 1289,4 P1 7,38 162,3 39,0 0,23 113,6 P2 7,25 31 24,7 ND 21,7 P3 7,10 36,5 26,1 ND 25,6 P4 7,00 21 20,0 ND 14,7 R1 8,10 1059 192,3 1,61 741,3 R2 8,18 1027 186,1 1,64 718,9 R3 8,19 1050 218,4 1,90 735,0 R4 8,21 858,2 238,4 1,86 600,7

A*: Água de alimentação do filtro; ND: Não detectável pelo método; VPM: Valor máximo permitido da água para o consumo humano e seu padrão de potabilidade; P1: Permeado; R1: Rejeito.

41

Tabela 03 – Valores obtidos na segunda batelada de testes

Exp. Pressão (Pa) Temp. (oC) Frequência VR (L/h) VP (L/h) Fluxo

(L/(m²/h)) 01 1 x 106 26 40,31 1000 117,36 16,53 02 1 x 106 26 43,03 3000 122,25 17,22 03 2 x 106 28 57,80 1000 243,10 34,24 04 2 x 106 31 59,59 3000 245,56 34,59

Tabela 04 – Resultado das análises físico químicas do segundo experimento

Exp. pH Condutividade

(µS/cm) Sulfatos (mg/L)

Fluoretos (mg/L)

ST (mg/L)

VPM 6 - 9,5 2000 250 1,5 1000 A* 8,71 1842 326,2 1,68 1289 P1 7,35 141,5 31,3 0,15 100 P2 7,26 163,2 38,6 0,21 77 P3 7,07 85,7 20,8 ND 62 P4 7,10 48,2 13,6 ND 37 R1 7,15 1282 209,1 1,51 1150 R2 7,45 1252 283,3 1,54 1166 R3 7,82 1313 288,5 1,80 1194 R4 8,01 1424 299,6 1,77 1250

A*: Água de alimentação do filtro; ND: Não detectável pelo método; VPM: Valor máximo permitido da água para o consumo humano e seu padrão de potabilidade; P1: Permeado; R1: Rejeito.

42

APÊNDICE B

TABELAS DE ANÁLISE DE VARIÂNCIA E TESTE DE TUKEY

43

Tabela 01 - Testes univariados de significância para a variável condutividade em relação à

pressão e velocidade.

Efeito SQ GL QM F p

Intercessão 45738,00 1 45738,00 225,7817 0,000114*

Pressão 3007,00 1 3007,00 14,8438 0,018259*

Velocidade 12332,35 1 12332,35 60,8776 0,001456*

Pressão*Velocidade 2488,65 1 2488,65 12,2850 0,024784*

Erro 810,30 4 202,58

SQ: soma dos quadrados; GL : graus de liberdade; QM : quadrado médio; F: teste F; p: probabilidade * : estatisticamente significativo com α=5%

Tabela 02 - Teste de Tukey para a variável condutividade.

Pressão Velocidade {1}

151,90

{2}

38,100

{3}

77,850

{4}

34,600

1 10 1000 0,004765 0,022083 0,004260 2 10 3000 0,004765 0,150760 0,994015 3 20 1000 0,022083 0,150760 0,120206 4 20 3000 0,004260 0,994015 0,120206

Tabela 03 - Testes univariados de significância para a variável sulfato em relação à pressão e

velocidade.

Efeito SQ GL QM F p

Intercessão 5729,851 1 5729,851 142,5558 0,000282*

Pressão 352,451 1 352,451 8,7688 0,041504*

Velocidade 51,511 1 51,511 1,2816 0,320871

Pressão*Velocidade 4,961 1 4,961 0,1234 0,743065

Erro 160,775 4 40,194


44

Tabela 04 - Teste de Tukey para a variável sulfato.


35,150

{2}

31,650

{3}

23,450

{4}

16,800

1 10 1000 0,941305 0,373359 0,137200 2 10 3000 0,941305 0,611557 0,231412 3 20 1000 0,373359 0,611557 0,734349 4 20 3000 0,137200 0,231412 0,734349

Tabela 05 - Testes univariados de significância para a variável sulfato somente em relação a

pressão (significativa).

Efeito SQ GL QM F p

Intercessão 5729,851 1 5729,851 158,2486 0,000015* Pressão 352,451 1 352,451 9,7341 0,020586*

Erro 217,248 6 36,208 SQ: soma dos quadrados; GL : graus de liberdade; QM : quadrado médio; F: teste F; p: probabilidade * : estatisticamente significativo com α=5%

Tabela 06 - Teste de Tukey para a variável sulfato.

Pressão {1} 33,400

{2} 20,125

1 10 0,020773 2 20 0,020773

45

Tabela 07 - Testes univariados de significância para a variável fluoreto em relação à pressão e

velocidade.

Efeito SQ GL QM F p

Intercessão 0,043513 1 0,043513 6,893069 0,058463

Pressão 0,043513 1 0,043513 6,893069 0,058463

Velocidade 0,003612 1 0,003612 0,572277 0,491466


Erro 0,025250 4 0,006313


Tabela 08 - Teste de Tukey para a variável fluoreto.


0,1900

{2}

0,1050

{3}

0,00

{4}

0,00

1 10 1000 0,723862 0,220728 0,220728 2 10 3000 0,723862 0,597687 0,597687 3 20 1000 0,220728 0,597687 1,000000 4 20 3000 0,220728 0,597687 1,000000

Tabela 09 - Testes univariados de significância para a variável Sólidos Totais (ST) em relação

à pressão e velocidade.

Efeito SQ GL QM F p

Intercessão 25492,82 1 25492,82 221,0855 0,000119*

Pressão 616,01 1 616,01 5,3423 0,081912

Velocidade 8039,12 1 8039,12 69,7190 0,001125*


Erro 461,23 4 115,31


46

Tabela 10 - Teste de Tukey para a variável Sólidos Totais (ST).


106,80

{2}

23,650

{3}

69,500

{4}

25,850

1 10 1000 0,005354 0,081860 0,005896 2 10 3000 0,005354 0,042942 0,996527 3 20 1000 0,081860 0,042942 0,050335 4 20 3000 0,005896 0,996527 0,050335

Tabela 11 - Testes univariados de significância para a variável fluxo em relação à pressão e

velocidade

Efeito SQ GL QM F P

Intercessão 5632,850 1 5632,850 2835,101 0,000001*

Pressão 658,119 1 658,119 331,242 0,000054*

Velocidade 2,354 1 2,354 1,185 0,337530


Erro 7,947 4 1,987


Tabela 12 - Teste de Tukey para a variável fluxo.

Pressão Velocidade {1} 17,015

{2} 17,915

{3} 34,970

{4} 36,240

1 10 1000 0,914431 0,000967 0,000795 2 10 3000 0,914431 0,001126 0,000913 3 20 1000 0,000967 0,001126 0,806371 4 20 3000 0,000795 0,000913 0,806371

47

APÊNDICE C

PROJETO DE FILTRO DE MEMBRANAS

51

ANEXO A

PLANTA DE ESQUEMA E FUNCIONAMENTO DO FILTRO DE MEMB RANAS

53

ANEXO B

TABELA DOS FATORES DE CORREÇÃO DA TEMPERATURA PARA O FLUXO

DE PERMEADO COM ÁGUA

55

ANEXO C

ILUSTRAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE OSMOSE INVERSA

57

ANEXO D

CARACTERIZAÇÃO DA MEMBRANA

58

Figura 1 – Dados relativos a membrana utilizada no trabalho.

Figura 2 – Relação das medidas e tamanho da membrana (3838 HR-NYV).

tcc magoga (completo) - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/tccs/2010-2/jonas magoga.pdf · 2...

Documents