Tratamento de Água: Retrofitting ganha força para ampliar capacidade e modernizar ETEs e ETAs

Uma atividade comum no setor de máquinas e equipamentos industriais, o retrofitting, palavra inglesa que significa reconversão e que na prática se traduz como modernização, começa a ser difundida também no mercado de tratamento de água e efluentes industriais. Embora ainda não seja tão usual como é em países europeus e nos Estados Unidos, a técnica já faz parte da carteira de ofertas de muitas empresas de engenharia do Brasil e, vez por outra, são concretizados projetos de reforma e de modernização/ampliação de estações de tratamento antigas.

Não se pode negar, porém, que os primeiros casos de retrofitting são situações pontuais, em que a indústria se vê obrigada a recorrer a soluções inteligentes, para suportar ampliações produtivas, por causa da falta de área útil para duplicar fisicamente as estações. Usar novas tecnologias para dobrar a capacidade do tratamento, sem necessitar de obras civis, e aproveitando os reatores e tanques existentes, torna-se quase obrigação para essas empresas. De olho nessas demandas, que tendem a crescer nos próximos anos, as OEMs especializadas em água vão atrás de soluções para atender os clientes.

Foi isso o que ocorreu, por exemplo, na unidade da indústria têxtil Coteminas, em Montes Claros, Minas Gerais. Em sua fábrica de lençóis de algodão, cuja produção com tingimento em corantes reativos dobraria a geração de efluentes em um plano de expansão, a empresa nacional precisaria também aumentar em 100% a capacidade da sua estação de lodos ativados convencional em operação desde 1994. Mas se continuasse o plano inicial aí encontraria seu primeiro grande dilema: seria necessário terreno igual para construir novos decantadores e tanques para tratamento biológico, além de adensadores de lodo. Nessa conta, já alta por si só, seria acrescentada uma despesa extra bastante indesejada pela empresa do vice-presidente da República, José Alencar: a compra de um terreno vizinho para executar a obra.

VRM – Com todas as dificuldades, a Coteminas resolveu encomendar estudo para retrofitting, para concentrar o tratamento na área instalada da antiga estação. Para atender a expansão da fábrica, o projeto necessitava suportar uma vazão não muito maior – de 150 m3/h, em comparação com os 136 m3/h até então gerados, já que o uso da água passou a ser mais racionalizado. Porém a carga passaria a ter DBO duplicado, de 1.060 mg/l para 2.400 mg/l, ou com 8.640 kgDBO/dia, duas vezes e meia superior aos 3.460 kgDBO/dia recebidos no lodo ativado.

Imediatamente, sob o suporte da Neotex Consultoria Ambiental, de São Paulo, a Coteminas passou a considerar o uso de tecnologias de membranas para renovar a estação, no caso empregando o conceito de biorreatores a membranas. A consultoria, por sua vez, iniciou testes com dois tipos de tecnologias: a tubular com membranas cross-flow e uma outra, inédita no Brasil, da alemã Huber, que emprega um sistema de membranas planas de ultrafiltração com tecnologia rotativa e submersa denominado VRM (Vacuum Rotation Membrane).

Segundo explicou a diretora de tecnologia e aplicação da Neotex, Elaine Conchon, depois de testes em escala piloto a decisão recaiu sobre a tecnologia da Huber, que se mostrou mais eficiente em termos de custo energético e de operação. No primeiro caso, o consumo de energia se mostrou bem baixo, de 0,68 kwh por m3 de água tratada, contra 3,96 kwh das membranas de cross-flow. Já o outro ponto operacional, segundo Elaine, referiu-se à constatação do alto grau de entupimento das membranas da tecnologia tubular, que comprometiam a garantia de rendimento do tratamento e demandavam paradas para limpeza (até duas por mês). Se já não bastasse, as membranas cross-flow, ao fim do tratamento, ainda necessitavam de suporte de ozônio para remover a cor do efluente têxtil, ao contrário da VRM.

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Tecnologia VRM: ultrafiltração rotativa

Menos energia – Na comparação das tecnologias, em operações piloto de seis meses, o custo final do tratamento da Huber se mostrou muito mais vantajoso, de US$ 0,88 por m3 contra US$ 1,23/m3 do tubular. “Foi incontestável e decidimos pelo VRM”, disse Elaine. Com partida em setembro de 2009, a planta conta com quatro tanques com os módulos em formato de tambor rotativo com diâmetro de 3 metros cada e com 1.600 placas. Muito compactos, eles recebem o efluente do reator biológico em um pequeno espaço dentro da área da estação.

O decantador antigo da Coteminas foi transformado em adensador de lodo e o adensador desativado em tanque de armazenamento da água de reúso. A nova unidade para 150 m3/h remove 97% de DQO e 99% do DBO do efluente, respeitando com folga as metas do tratamento de DBO inferior a 250 mg/l, cor inferior a 300 mg PA/l, turbidez menor que 0,3 NTU e SST de 0 mg/l. Em breve, a água até então descartada será reaproveitada provavelmente nas torres de resfriamento.

A tecnologia rotativa da Huber funciona como um carretel em que as membranas planas são afixadas formando um elemento cilíndrico e dispostas em paralelo. Cada módulo consiste em quatro placas de membranas, conectadas por um sistema de fácil manipulação, para permitir rápida remoção em caso de danificação. Os elementos em formato cilíndrico podem ser disponíveis em seis módulos, caso do modelo standard VRM 20, ou em oito módulos, no VRM 30. Uma unidade rotativa pode contar com até 60 elementos, quando a superfície de membranas chega a 2.880 m2.

Química e Derivados, Elaine Conchon, Diretora de tecnologia e aplicação da Neotex, Tratamento de Água: Retrofitting ganha força para ampliar capacidade e modernizar ETEs e ETAs
Elaine: VRM se mostrou mais viável do que tecnologia tubular

A operação rotativa da Huber começa com o enchimento do tanque, com a unidade de membranas, com lodo ativado vindo da estação de aeração. Após isso, a rotação da unidade se inicia com velocidade de uma a três voltas por minuto, o que cria um fluxo cruzado (cross-flow) na superfície da membrana e previne a formação de camadas biológicas. De forma adicional, a rotação cria turbulências na câmara de filtração e aí gera uma mistura intensa do efluente. Ao mesmo tempo, bolhas de ar grandes são injetadas por um eixo central, mantendo a superfície da membrana mais limpa.

O processo de filtração funciona, de início, com a bomba do permeado criando uma pressão negativa dentro da placa da membrana. A água clarificada, nessa etapa, é succionada através da membrana por uma mangueira de coleta. Os sólidos, germes e vírus que ficam impregnados na superfície das membranas são constantemente removidos pela rotação em cross-flow e pelo borbulhamento de ar. De forma cíclica, depois de cada nove minutos de filtração, a bomba do permeado para por um minuto para permitir uma limpeza intensa da membrana, em um processo chamado de relaxation (relaxação).

Além da unidade na Coteminas, a Neotex já fechou contrato para fazer retrofitting com a tecnologia VRM na indústria têxtil Canatiba, uma das maiores fabricantes de tecido denim do Brasil, em sua sede em Santa Bárbara D’Oeste-SP. Com estação de tratamento de efluentes de lodos ativados em operação desde 1988 – aliás, obra também da Neotex –, sua capacidade atual de 90 m3/h precisará ser aumentada para 120 m3/h em projeto de expansão. “Da mesma forma, vamos usar o VRM para não precisar de mais terreno para a ampliação, além de permitir o reúso dos efluentes pelo cliente, maior estabilidade do sistema e simplicidade operacional”, concluiu Elaine Conchon.

Química e Derivados, Tratamento de Água: Retrofitting ganha força para ampliar capacidade e modernizar ETEs e ETAs
O sistema de membranas planas a vácuo e rotativo dobrou ETE da Coteminas

MBBR – Além da sofisticação do uso de membranas, no mercado de tratamento de água e efluentes, quando se fala em retrofitting uma tecnologia que vem muito em mente é aquela em que reatores biológicos são aperfeiçoados com o uso de peças plásticas (carriers, ou transportadores) para aumentar a superfície de contato, fazendo a biomassa se aderir a elas. Quando bem projetada, essa técnica pode quase duplicar a capacidade de remoção de carga de estações de tratamento de efluentes.

Aliás, esse conceito de retrofitting, por ser aparentemente simples, visto se basear na adição de peças plásticas no tanque biológico, teve até sua reputação abalada pela entrada no mercado de alguns aproveitadores. É o que explica José Corrêa Carmo Jr., consultor técnico da Centroprojekt, empresa de engenharia que possui acordo com a israelense Aqwise para uso da tecnologia de MBBR (Moving Bed Bio-Reactor, ou biorreator de leito móvel) baseada em carriers de plástico especialmente projetados. “Depois que algumas tecnologias chegaram ao Brasil, muita gente passou a cortar conduíte e jogar nas estações, pensando que bastava isso para melhorar o tratamento”, disse Corrêa.

Química e Derivados, José Corrêa Carmo Jr., Consultor técnico da Centroprojekt, Tratamento de Água: Retrofitting ganha força para ampliar capacidade e modernizar ETEs e ETAs
Carmo: uso de carriers amplia remoção de carga

Com casos instalados em indústrias de celulose, onde de anos para cá houve muita expansão produtiva que gerou cargas orgânicas maiores nos efluentes, porém com mesmas vazões (em virtude dos processos estarem racionais no uso da água), o consultor ressalta que o retrofitting precisa ser bem calculado e contar com carriers de boa qualidade. As peças israelenses, segundo diz, aumentam a cada metro cúbico delas adicionadas no tanque cerca de 650 metros de área real de carga. “A biomassa se adere dentro da estrutura dela. Quando fica velha, se desprende, mantendo um ciclo contínuo que pode durar até trinta anos”, completou. Os projetos de enchimento dos reatores com as peças variam de 20% a 70% do volume do tanque.

Segundo Carmo, um bom sistema precisa contar com peças com densidade ideal, que não afundem e nem flutuem no tanque. E isso precisa ser calculado com um projeto de injetores de difusores de ar, com bolhas grossas ou finas, para manter a mistura correta. Ao contrário de sistemas concorrentes, complementa o consultor, o da israelense Aqwise funciona bem com a injeção de bolhas finas, que consomem até 40% menos energia por contar com melhor dissolução de oxigênio. “Mas se o cliente já tiver sistema com bolhas grossas, podemos utilizá-lo também”, disse. Importante ainda para o bom funcionamento é a retenção hidráulica ser dimensionada de acordo com a carga a ser removida.

O investimento nesse retrofitting é bem menor do que o feito, por exemplo, quando se usa membranas, tecnologia que a Centroprojekt também se especializou por meio de parceria com a japonesa Kubota. “Só é necessário um rearranjo do sistema de aeração, para incrementar a vazão de ar”, disse. Tamanha simplicidade está fazendo a Centroprojekt oferecer a tecnologia para companhias de saneamento, sobretudo para as concessionárias privadas que assumem estações públicas antigas e passam a ter metas de ampliação de tratamento de esgotos.

BioBob – Outra OEM ofertando tecnologia de retroffiting de sistema biológico é a Fluid Brasil, de Jundiaí-SP. Nesse caso, a retrofitting conta com parceria com outra nacional, a Bio Proj, de Ribeirão Preto-SP, que desenvolveu um transportador para imobilização celular empregado com suporte de biomassa em sistemas biológicos. Denominado BioBob, de acordo com o gerente-comercial da Fluid, Francisco Faus, o sistema aumenta em até quatro vezes a eficiência do reator, podendo reduzir o tamanho dos tanques em plantas novas  e aumentando a carga tratada em antigos, permitindo tratamentos anaeróbios ou aeróbios ou combinados.

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Os biobobs aumentam em 4 vezes eficiência de reator

“Além disso, como a biomassa fica aderida no suporte de plástico e contida no reator, pode-se até dispensar decantadores e flotadores para separar o lodo do efluente”, afirmou Faus. Nessas obras novas, existe até a possibilidade de construir reatores em formato de torres verticais, reduzindo a área necessária para o sistema.

Os BioBobs, segundo Faus, uma tecnologia de mídia fixa, possuem alta área superficial, em razão de sua construção ser feita como uma grelha com recheio plástico para absorver a biomassa, que proporciona alto tempo de retenção do lodo. Sua área superficial é medida como 500 mil m2/m3. A tecnologia também conta com alta capacidade hidrodinâmica, com porosidade do leito superior a 70%, o que ainda evita problema de colmatação e entupimento, visto que a biomassa fica aderida na parte interna do suporte, não necessitando de retrolavagens. Seu altíssimo tempo de retenção (idade do lodo), fazendo com que a biomassa permaneça mais tempo no reator, também gera muito pouco lodo no sistema.

Para água – Não é só em sistemas para efluentes que o conceito de retrofitting é possível. Em tratamento de água, especificamente na desmineralização, há a alternativa de se ampliar ou modernizar um sistema antigo minimizando bastante o custo em comparação com uma obra nova. Uma empresa empenhada em divulgar retrofitting nessa área é a Dow, detentora de tecnologias de resinas de troca iônica e de membranas de osmose reversa. Nas duas rotas de desmineralização, aliás, a Dow Water & Process Solutions propõe o retrofitting.

No caso da troca iônica, segundo explicou o gerente da área, Marcus Simionato, a alternativa é pela tecnologia de leito compacto com regeneração contracorrente UpCore. A proposta, já parte do pacote de ofertas de várias OEMs licenciadas pela Dow, é substituir sistemas convencionais de troca iônica coconcorrentes que tenham o mesmo sentido de alimentação descendente de água e de regeneração ascendente (a maior parte dos sistemas instalados no Brasil) que o UpCore. As empresas licenciadas utilizam o software Cadix (Computer Assisted Design for Ion Exchange Systems), da Dow, para simular os projetos.

Química e Derivados, Marcus Simionato, Gerente, Tratamento de Água: Retrofitting ganha força para ampliar capacidade e modernizar ETEs e ETAs
Simionato: retrofitting converte troca iônica

Para começar a efetuar o retrofitting, sem necessidade de troca do vaso de resinas, basta trocar as resinas antigas pelas UpCore, preenchendo mais 40% do volume do vaso com elas e deixando mais ou menos de 5% a 10% livres para suportar o inchaço (sweeling) das resinas fortes catiônicas e aniônicas durante a regeneração. Além disso, precisa ser adicionada uma camada de resinas inertes de polietileno no espelho superior do vaso, que também precisará de crepinas para alimentar a troca iônica. As resinas inertes, segundo explicou Simionato, são para ajudar no fluxo de alimentação e para evitar que as resinas do processo batam no espelho e quebrem. Durante a compactação e regeneração do leito, a camada inerte deixa que os sólidos em suspensão e as resinas quebradas saiam e que as resinas catiônicas e aniônicas fiquem retidas.

As resinas no retrofitting precisam ser trocadas porque o sistema compacto opera com uniformidade de granulometria (600 micras), contra a variação muito grande das convencionais de 300 a 1.200 micras. “Se houver resinas finas, elas entopem as crepinas”, explicou. Nas contas da Dow, havendo a possibilidade de aproveitamento da unidade antiga para a mudança, o projeto se paga rapidamente. Isso porque o leito compacto usa 50% menos regenerantes químicos, gera 50% menos efluentes e o tempo de regeneração cai pela metade. Além disso, a qualidade da água desmineralizada é muito melhor: a condutividade média na saída do leito aniônico é de 1 a 4 mS, contra 10 a 20 mS do sistema convencional.

No processo UpCore, a água de alimentação entra pelo distribuidor de crepinas da parte superior e passa pelo material inerte superior. Ao final do ciclo de produção, inicia-se a regeneração para reativar a resina e fazer com que o processo limpe a resina de sólidos em suspensão. Essa etapa é feita por fluxo ascendente de água com força suficiente para compactar o leito até a parte superior. Na sequência, o regenerante é injetado de forma ascendente, sendo deslocado com água. Por fim, o leito se decanta e passa por lavagem rápida descendente de água. Com a remoção total dos sólidos em suspensão retidos na parte superior do leito durante a operação, assegura-se melhor rendimento do vaso compacto, com uma produtividade bem maior do que o sistema convencional.

A outra alternativa de retrofitting da Dow é para membranas de osmose reversa. No caso, trata-se de processo mais simples: a troca de membranas por modelos mais modernos. O principal nesse sentido é a troca do carro-chefe da Dow, a membrana BW 30400, pela BW30xFR 400/341, de alta resistência ao fouling (incrustação). A novidade produz 10% mais de água, cerca de 43 m3/dia, e tem permeado melhor. Seu espaçador, por meio de processo de enrolamento automatizado das folhas da membrana, pôde ter espessura maior, de 34 milésimos (o convencional tem 28 milésimos). Isso fez com que fosse melhorada a resistência à incrustação das folhas, pois a água de entrada e suas impurezas ficam mais afastadas das sensíveis folhas. “E também as folhas de poliamida das membranas sofreram tratamento químico para aumentar a resistência”, disse Simionato.

A ideia, ao incentivar a troca das membranas mais resistentes ao pior problema da tecnologia no Brasil, a incrustação biológica, é fazer com que todo o mercado se renda às novas conquistas da pesquisa da Dow, melhorando a imagem da osmose reversa. “Com as novas membranas, com certeza dá para ter uma limpeza química a menos por ano e aumentar a sua vida útil”, disse Simionato. Além desse modelo, a Dow também oferta a BW 30HR-440i, que apesar de ter o mesmo espaçador de 28 milésimos da tradicional, tem tratamento químico protetivo nas folhas. Sua diferença do outro novo modelo é ter 10% a mais de área de filtração.

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