Artigo Técnico: Tecnologias para reúso de efluentes e dessalinização de água do mar

Texto: Luiz Abrahão

A recente escassez de água provocada pela falta de chuvas nas regiões centro e sudeste do país, principalmente no estado de São Paulo, onde mais de 300 municípios tiveram seus sistemas de abastecimento afetados, tem gerado um caloroso debate sobre possíveis processos e tecnologias de tratamento economicamente viáveis e que possam ser aplicadas como possíveis soluções para o enfrentamento da crise hídrica atual. Caso nada seja feito, os conflitos já existentes entre usuários agrícolas e urbanos, de navegação e geração de energia, e industrial e de abastecimento público, deverão ser intensificados.

Nesse cenário, o reúso de efluentes e a dessalinização da água do mar são temas constantes de debate e destacados por muitos profissionais (engenheiros, técnicos, institutos, etc.) que atuam direta ou indiretamente na área de saneamento ambiental.

Paralelamente a essas discussões de novas tecnologias, é consenso que há muito que melhorar nos sistemas atuais de coleta, tratamento e distribuição dos sistemas de água potável e esgoto doméstico, visando reduzir o alto índice de perdas de água potável, diminuição de infiltrações, melhoria da qualidade dos corpos d’água, etc.

Como empresa líder mundial de tratamento de água, a Veolia aposta em soluções inovadoras de processos de tratamento que contribuam efetivamente para os programas de reúso e preservação das águas. Para ilustração de plantas de reúso e dessalinização, a Veolia apresenta dois casos bem sucedidos de aplicação de processos de tratamento que contribuíram para a resolução de problemas de crises hídricas em outros países que conviveram com a situação de escassez: uma planta de tratamento de água de reúso (Espanha) e uma planta de dessalinização de água do mar (Emirados Árabes Unidos).

Tecnologias existentes – Não há simplesmente uma única tecnologia capaz de garantir a qualidade de água para o reúso, mas sim a combinação de sistemas e equipamentos, tais como clarificação, filtração, membranas, carvão ativado, ultravioleta, etc. A associação dessas tecnologias dependerá de alguns critérios importantes: capacidade da planta, tipo e concentração dos contaminantes presentes na água a tratar, finalidade da água de reúso, área e custos de implantação da planta de tratamento.

A Veolia possui a linha completa de equipamentos e sistemas para o tratamento de águas visando reúso. Para etapas de clarificação, a empresa possui o Actiflo e o Multiflo que são processos físico-químicos de altas-taxas e de grande eficiência na remoção de material em suspensão e certos compostos orgânicos e inorgânicos.

Na área de filtração, existe uma gama de equipamentos para essa finalidade: Discfilter/Drumfilter, filtros por gravidade de alta taxa (TGV) ou fechados com diversos tipos de materiais filtrantes, membranas de micro (MF), ultra (UF) e nanofiltração (NF), além de sistema de osmose reversa (RO) e eletrodiálise reversa (EDR) para a remoção da salinidade dos efluentes a tratar.

Em sistemas biológicos, a Veolia conta com grande experiência nos processos de biorreator com membranas (MBR), reatores com mídias plásticas e leito em movimento (MBBR) e tecnologia de digestão anaeróbia Biothane: reatores de alta-taxas UASB, EGSB, além do sistema Memthane, que agrega a membrana de ultrafiltração em sua tecnologia.

Água de reúso – De uma forma geral, o reúso de água é a transformação das águas que foram utilizadas nos diversos processos industriais (efluentes industriais) ou residências e comerciais (esgoto doméstico) em nova fonte de água com certo de grau de qualidade para posterior reaproveitamento. Para tanto, é necessário o seu tratamento avançado, que varia conforme a finalidade do reúso.

A utilização de água de reúso apresenta diversos benefícios. Primeiramente, proporciona a redução do volume de água captada dos mananciais, permitindo que essa água seja destinada ao abastecimento público por outra fonte de qualidade inferior, mas perfeitamente cabível para a aplicação específica dentro da indústria ou no município.

Nas plantas de tratamento municipais, o reúso de efluentes pode ser utilizado para limpeza de ruas, cemitérios e praças públicas, regar jardins e gramados além de água para irrigação de campo para determinados cultivos e recarga de aquíferos. No abastecimento das cidades, essa água de reúso pode ser mesclada com a água dos mananciais podendo ser utilizada para abastecimento, após devidamente tratada na estação de tratamento de água.

Nas indústrias, por exemplo, ao mesmo tempo em que agrega uma dimensão econômica ao planejamento, dentro da política de gestão dos recursos hídricos, as medidas acrescentam também a prática ambientalmente correta, valorizando produtos e marcas junto aos seus consumidores. A água de reúso pode ser utilizada em diversas aplicações, tais como geração de energia, sistemas de resfriamento e mesmo seu reaproveitamento nos processos industriais.

Reúso na Espanha – O tratamento terciário dos efluentes municipais da ETE de Baix Llobregat é feito pelo processo denominado ACTIDisc®. Essa planta de tratamento possui uma capacidade média de 302.400 m3/dia (3,5 m³/s), sendo uma das maiores plantas de reúso do mundo. Nesse caso, o reúso do efluente tratado é destinado, principalmente, para fins agrícolas (irrigação), regularização da vazão do Rio Llobregat, manutenção das condições de umidade do Delta de Llobregat e barreira hidráulica contra o avanço da intrusão salina.

Conforme apresentado na Figura 1, o ACTIDisc® é um processo terciário avançado, que combina uma primeira etapa de decantação lastreada – processo Actiflo – e uma segunda fase de filtração terciária através de micro – tecnologia Hydrotech.

Química e Derivados, Figura 1 – Processo de tratamento de Planta de reúso de Llobregat – Espanha: tecnologia Actiflo seguida de Discfilters HYDROTECH.
Figura 1 – Processo de tratamento de Planta de reúso de Llobregat – Espanha: tecnologia Actiflo seguida de Discfilters HYDROTECH.

Figura 1 – Processo de tratamento de Planta de reúso de Llobregat – Espanha: tecnologia Actiflo seguida de Discfilters HYDROTECH.

Decantação lastreada – Essa etapa de decantação lastreada é feita por meio de três linhas, em paralelo com a tecnologia Actiflo, cada uma com capacidade de 4.800 m3/hora (1,33 m3/s) e velocidade de decantação extremamente alta (120 m/h), devido à presença de microareia que faz aumentar o peso do floco formado.

O sistema Actiflo (Figura 2) é composto pelas etapas de coagulação, floculação-maturação e decantação lamelar. Na etapa de floculação, são adicionadas partículas de microareia que permitem a formação de flocos maiores e de maior peso específico, o que faz aumentar a velocidade de sedimentação em até 60 vezes quando comparado com os processos convencionais.

Química e Derivados, Figura 2 – Sistema de decantação lastreada Actiflo.
Figura 2 – Sistema de decantação lastreada Actiflo.

Figura 2 – Sistema de decantação lastreada Actiflo.

O processo incorpora o sistema de hidrociclones que permite recuperar a microareia para sua reutilização contínua no processo de tratamento.

Filtração Terciária – Depois da etapa de clarificação, o efluente passa pelo sistema de filtração HYDROTECH, composto por telas de abertura de 10 micrômetros, para a remoção de sólidos em suspensão e polimento final. Cada um dos discos rotativos possui uma capacidade máxima de tratamento de 1.440 m3/hora (0,4 m3/s).

HYDROTECH é um sistema de filtração superficial com telas de poliéster de diversas porosidades, de grande eficiência e versatilidade de aplicação, possuindo uma alta superfície de filtração, o que garante uma área bastante compacta para sua instalação.

Dessalinização da água do mar – A dessalinização consiste em remover os sais da água do mar, tornando-a potável para o consumo humano. A principal tecnologia empregada é a de membranas de nanofiltração (NF) e osmose reversa (RO), na qual a água passa por essas membranas enquanto os sais e outras impurezas ficam retidos.

Embora no Brasil não haja muitas referências em instalações de grande porte para esse tipo de aplicação, a tecnologia de dessalinização por membranas de osmose reversa já é bastante difundida em regiões do Oriente Médio, onde estão instaladas mais de 60% da capacidade de produção mundial, e também em outras localidades dos EUA – na Flórida (Tampa) e Califórnia –, além de Espanha, Austrália e Israel.

Fujairah é um dos sete Emirados, localizado na costa leste dos Emirados Árabes Unidos, no Golfo de Oman. O país tem apresentado um alto crescimento demográfico nos últimos tempos, o que fez crescer em muito o consumo de eletricidade e a demanda de água potável.

A planta de dessalinização por osmose reversa de Fujairah 2 (F2) – Figura 3 – faz parte da maior planta de dessalinização híbrida do mundo (em conjunto com a planta de geração de energia, com capacidade de 2.000 MW, e a planta de dessalinização térmica, para produzir 450.000 m3/dia), gerando o total de 591.000 m3 de água potável por dia.

Desse total, um volume de 136.500 m3/dia de água potável é produzido por meio do processo de Osmose Reversa (RO) associado ao sistema de pré-tratamento por flotação a ar dissolvido de alta-taxa Spidflow™.

A planta F2 foi projetada com o objetivo de reduzir os impactos das atividades ao meio ambiente e dos recursos naturais. O sistema de tratamento de lodos evita qualquer tipo de impacto ao meio ambiente marinho. Todo o esgoto gerado é tratado e o lodo, após adensamento, é enviado para aterros projetados especificamente para esse fim. Por outro lado, a minimização do consumo de energia é possível com a utilização das turbinas Pelton, que garantem a eficiência do sistema de bombeamento em 87%.

As etapas do processo de dessalinização são:

1) Captação da água do mar: a água do mar é encaminhada por gravidade através de três tubulações paralelas (500 m) para um poço profundo. Depois de uma etapa inicial de pré-cloração, a água do mar passa por peneiras estáticas e rotativas para a retirada de pequenos animais marinhos e segue para planta de tratamento. O poço de bombeamento é equipado com quatro bombas tipo turbinas de eixo vertical que alimentam a planta de dessalinização.

Química e Derivados, Figura 3: Vista das instalações da planta de dessalinização de Fujairah 2
Figura 3: Vista das instalações da planta de dessalinização de Fujairah 2

Figura 3: Vista das instalações da planta de dessalinização de Fujairah 2 (F2).

2) Flotação por Ar Dissolvido Spidflow™: O sistema de flotação por ar dissolvido (DAF), utilizado com pré-tratamento do sistema de RO, é denominado de Spidflow™, uma tecnologia de flotação de alta taxa patenteada pela Veolia, extremamente eficaz na remoção de algas em águas que apresentam baixa turbidez, como o caso da água do mar da região de Fujairah. A figura 4 apresenta um diagrama simplificado da tecnologia Spidflow™.

O sistema é composto pelas etapas de coagulação e floculação (adição de químicos e mistura para a formação de pequenos flocos), seguidas pela Flotação por Ar Dissolvido (DAF). São dosados ácido, cloreto férrico e polímero para otimizar a formação dos flocos e facilitar a sua remoção e flotação através do ar dissolvido no meio líquido.

No circuito de formação de microbolhas (denominado de “água branca”), o ar gerado por compressores é dissolvido na água de recirculação no interior do vaso de pressurização e transformado em “água branca” após a liberação das microbolhas via difusores especiais, distribuídos uniformemente dentro da zona de contato.

Química e Derivados, Figura 4: Desenho esquemático do sistema de flotação Spidflow™
Figura 4: Desenho esquemático do sistema de flotação Spidflow™

Figura 4: Desenho esquemático do sistema de flotação Spidflow™

Essas microbolhas arrastam para a superfície do equipamento o material em suspensão (sólidos, algas, etc.), com remoção contínua por meio de raspadores, sendo encaminhado para a planta de tratamento de lodos. Os 16 módulos de flotação Spidflow™ foram propositalmente projetados para a remoção de algas e melhoria da qualidade de água e proteção das unidades de osmose reversa.

3) Filtração por gravidade de dupla-camada: Como polimento do efluente dos Spidflow™, foram instalados 12 filtros de dupla-camada composta de pedra-pomes (material especial de origem vulcânica) e areia de quartzo. Após um ciclo de filtração de 40-60 minutos, os filtros são retrolavados para a remoção do material retido no meio filtrante, sendo essa água enviada para a planta de tratamento de lodos. A água do mar, agora filtrada, é bombeada por meio de 10 bombas tipo “booster” para a entrada dos filtros cartuchos.

4) Filtros cartucho: como proteção à unidade de osmose reversa, a água do mar passa através de 16 vasos, cada qual contendo 224 elementos de filtros-cartuchos, onde todo o material em suspensão com tamanho superior a cinco micrômetros fica retido. Depois desses filtros, ocorre a dosagem de bissulfito de sódio para a remoção de eventual cloro residual da água. Periodicamente, esses filtros cartuchos são substituídos e dispostos sob o controle rígido das leis ambientais para descarte de resíduos.

5) Osmose Reversa (RO): o objetivo principal da planta de RO é a separação dos sais da água do mar para a produção de água doce, mediante alimentação com alta pressão (60 bar) e passagem da água pelas membranas de RO tipo espiral. Durante a operação, é dosado anti-incrustante para evitar a formação de precipitados inorgânicos (devido à supersaturação) na superfície das membranas, capazes de diminuir a sua taxa de remoção hidráulica e dos sais.

A planta de RO F2 tem os seguintes detalhes construtivos: dois passes parciais, configuração “multi-port” (ou configuração de vasos com múltiplos bocais de entrada e saída), 10 racks do primeiro passo com 12.960 membranas de alta rejeição de sais e 10 bombas de alimentação de alta pressão, cada uma equipada com turbina Pelton com dispositivo para recuperação de energia, dois racks do segundo passo com 1.600 membranas de baixa rejeição de sais e duas bombas tipo “booster”.

6) Pós-tratamento: o permeado da RO é misturado com o destilado da unidade adjacente de Evaporação/Destilação Multi-estágio (MED) para depois ser remineralizada para se tornar potável, conforme as normas de potabilidade vigentes. O pós-tratamento compreende a estabilização da água, ajuste de pH e desinfecção final, sendo posteriormente estocada em quatro reservatórios adjacentes com volumes unitários de 10.000 m3.

Química e Derivados, Luiz Abrahão é engenheiro civil, mestre em Hidráulica e Saneamento. É engenheiro de processos e tecnologias na Veolia Water Technologies Brasil
Luiz Abrahão – Veolia Water Technologies Brasil

Conclusões – Diante da perspectiva atual (e futura) de escassez de água para abastecimento público em regiões de grande concentração populacional, exemplificado em diversas cidades do estado de São Paulo, temos que buscar, com urgência, as soluções economicamente viáveis para a resolução desse problema. Tecnologias para tal solução já existem no mercado e podem ser comprovadas pelas plantas de água de reúso e dessalinização da água do mar em funcionamento espalhadas em diversas partes do mundo, como as que foram citadas nesse texto.

O mercado de água de reúso e dessalinização vêm duplicando o seu volume de tratamento, em média, a cada cinco anos. A Veolia está presente nesse mercado com muitas referências e já soma mais de três milhões de m3 por dia em plantas de tratamento, visando reúso de água. Por isso, é um dos principais focos de atuação no mercado brasileiro, nas áreas municipais e industriais.

O autor: Luiz Abrahão é engenheiro civil, mestre em Hidráulica e Saneamento. Trabalha há mais de 25 anos em operação e projetos de plantas de tratamento de águas e efluentes. Desde 2000 é engenheiro de processos e tecnologias na Veolia Water Technologies Brasil, fornecendo suporte técnico às áreas de engenharia, propostas, marketing e comercial

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