STONESMOGENE COLLARES
AVALIAÇÃO DO USO DE RECURSOS HÍDRICOS EM REFINARIAS
DE PETRÓLEO: UM ESTUDO DE CASO NA PETROBRAS
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Sistema
de Gestão da Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. Área de
concentração: Meio Ambiente
Orientador: Prof. Aírton Bodstein de Barros, D. Sc.
NITERÓI
2004
2
STONESMOGENE COLLARES
AVALIAÇÃO DO USO DE RECURSOS HÍDRICOS EM REFINARIAS
DE PETRÓLEO: UM ESTUDO DE CASO NA PETROBRAS
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Sistema
de Gestão da Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. Área de
concentração: Meio Ambiente
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA
________________________________________________
Prof. Aírton Bodstein de Barros, D. Sc. (Orientador)
Universidade Federal Fluminense
________________________________________________
Prof. Oscar de Moraes Cordeiro Netto, D. Sc.
Universidade de Brasília
_________________________________________________
Prof. Sérgio Pinto Amaral, D. Sc.
Universidade Federal Fluminense
__________________________________________________
Montserrat Motas Carbonell, D. Sc.
Universidade Estadual de Campinas
3
Dedico esse trabalho à minha esposa Sônia Rosa, pela paciência, incentivo, compreensão e,
acima de tudo, pela cumplicidade que nos mantêm fortes e unidos.
Dedico também aos meus filhos Marcelo e Márcio pelo carinho diário e por ouvirem com
atenção e respeito um pai sempre agradecido pela família que tem.
4
AGRADECIMENTOS
Ao professor Airton Bodstein de Barros, pela orientação recebida.
A Marcelo Pernambuco de Fraga Rodrigues e José Mauricio Silva Lucca, pela compreensão,
apoio e confiança no trabalho proposto.
A Roberto da Silva Amorim pelas sugestões e auxilio na revisão do trabalho.
A Nildemar Correia Ruella pelas informações fornecidas ao longo de toda jornada e ajuda na
pesquisa bibliográfica.
5
RESUMO
A utilização racional dos recursos hídricos é certamente a forma mais adequada para
se combater o progressivo aumento da escassez mundial de água. Esta dissertação está
fundamentada no sistema de tratamento de águas e de efluentes de uma refinaria brasileira. A
partir de um balanço material base, são feitas análises de alternativas no processo e nas
operações unitárias visando a diminuição da captação da água e do lançamento dos despejos.
É feita uma análise técnico-econômica dessas possibilidades usando como parâmetros de
avaliação, tecnologias convencionais e tecnologias de membrana. Os impactos ambientais
mais significativos dessas alternativas também são abordados. A avaliação econômica é
realizada através da composição de dados reais compilados em literatura referente a indústrias
americanas e fornecedores de tecnologia de membranas com atuação no Brasil.
Palavras-chaves: recursos hídricos, tratamento de águas e efluentes.
6
ABSTRACT
The rational use of water resources is certainly the more suitable way to prevent the
gradual increase of world-wide water scarcity. This thesis is based on water and wastewater
treatment plants of a Brazilian oil refinery. Using a base mass balance, opportunity studies are
conducted in the process and unit operations with the aim of reducing the consumption of the
water and the wastewater generation. Economical and technical analysis are used to choose
the best option, using conventional and membrane technologies. The economic evaluation is
conducted by using an available compilation of real data from the literature about American
industries and membrane technology suppliers in Brazil.
Key words: water resources, water and wastewater treatment.
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1
Fluxograma simplificado de sistema de tratamento de água em refinarias..
32
Quadro 1 Características operacionais das membranas ................................................
34
Figura 2
Escala de porosidade e aplicabilidade de membranas filtrantes ..................
34
Figura 3
Princípio da osmose reversa ........................................................................
41
Figura 4
Cadeia evolutiva de tratamento com eletrodeionização ..............................
44
Figura 5
Relação da geração de efluentes nas refinarias da Petrobras .......................
45
Figura 6
Processo MBR ZenoGem .............................................................................
49
Figura 7
Membrana submersa em reator biológico .....................................................
51
Figura 8
Custo de membrana 1991-2003 ....................................................................
52
Figura 9
Minimização de água ....................................................................................
61
Figura 10 Seqüência de reúso proposta pela Veolia ....................................................
63
Quadro 2 Níveis de tratamento e descrição dos sistemas .............................................
65
Figura 11 Caso Base .....................................................................................................
74
Figura 12 Modificação das operações unitárias ...........................................................
75
Figura 13 Reúso da água de processo ..........................................................................
75
Figura 14 Correntes de entrada e saída ........................................................................
77
Figura 15 Análise pinch indicando formas de redução ................................................
78
Figura 16 Análise pinch indicando ações específicas para redução ............................
79
Figura 17 Sistema de reúso da PEMEX em Tula .........................................................
81
Quadro 3 Tecnologias de tratamento de água e efluentes nas refinarias da Petrobras
84
Quadro 4 Principais impactos dos fundamentos da PNRH na Reduc ..........................
86
Figura 18 Localização da Reduc ..................................................................................
91
Figura 19 Circuito hídrico base (Reduc) ......................................................................
105
Figura 20 Circuito com reúso interno (Reduc) ............................................................
106
Figura 21 Circuito com regeneração do efluente final (Reduc) ...................................
107
Figura 22 Foto aérea da região da Reduc e pontos de coleta de amostras ...................
113
Figura 23 Curva de investimento para tratamento secundário, filtração por contato,
adsorção por carvão e osmose reversa ..........................................................
128
Figura 24 Curva de investimento para lodo ativado convencional ...............................
128
8
Figura 25 Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração
direta...............................................................................................................
129
Figura 26 Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração por
contato ...........................................................................................................
129
Figura 27 Diagrama simplificado de aproveitamento do rio Iguaçu .............................
134
Quadro 5 Comparação das alternativas ao sistema atual ..............................................
143
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1
Usos múltiplos da água por continente (Km3) .............................................
16
Tabela 2
Localização das refinarias por bacia hidrográfica e seus consumos ............
26
Tabela 3
Características típicas de tecnologias de membranas ...................................
35
Tabela 4
Custos de operação e manutenção da planta de microfiltração de Saratoga .
37
Tabela 5
Eficiência de membranas de ultrafiltração ....................................................
39
Tabela 6
Geração de efluentes das refinarias em 2002 ...............................................
46
Tabela 7
Comparação de reator de membrana com lodo ativado convencional ..........
50
Tabela 8
Comparação de custos de investimento de lodo ativado e MBR ZenoGem .
53
Tabela 9
Comparação dos custos de operação para lodo ativado e MBR ZenoGem ..
54
Tabela 10 Uso de água na indústria .............................................................................
55
Tabela 11 Uso de água em refinarias da região sudeste em 2001 ................................
56
Tabela 12 Uso de água em complexo petroquímico do sudeste asiático .....................
56
Tabela 13 Concentração esperada por nível de tratamento ..........................................
65
Tabela 14 Características do influente e efluente do Unitank ......................................
82
Tabela 15 Características do influente e efluente (tratamento terciário) .....................
82
Tabela 16 Categorias de refinarias e cargas médias efluentes .....................................
93
Tabela 17 Características das unidades de tratamento de efluentes da Reduc .............
95
Tabela 18 Impacto do tratamento da água de reposição na vazão de blowdown ........
97
Tabela 19 Simulação para ciclo teórico máximo .........................................................
98
Tabela 20 Origem de efluentes de refinarias ................................................................
99
Tabela 21 Uso de água em refinarias americanas ........................................................
99
Tabela 22 Economia hipotética nas refinarias com aumento de concentração ............
101
Tabela 23 Comparação de efluentes secundários de refinaria e doméstico .................
103
Tabela 24 Comparação dos impactos do reúso de efluentes ........................................
107
Tabela 25 Qualidade do rio Iguaçu na estação IA260 .................................................
114
Tabela 26 Qualidade do rio Iguaçu na estação IA261 .................................................
115
Tabela 27 Qualidade do rio Iguaçu na estação IA262 .................................................
116
Tabela 28 Dados de vazão dos rios Iguaçu e Sarapuí ..................................................
117
Tabela 29 Parâmetros indicadores de poluição em águas fluviais ...............................
118
Tabela 30 Parâmetros não metálicos nas amostras de águas fluviais ..........................
119
Tabela 31 Qualidade da água captada para refinarias da Petrobras .............................
121
10
Tabela 32 Características do efluente para reúso em Cingapura ..................................
122
Tabela 33 Estimativa de custos de construção de estações recuperadoras .................
124
Tabela 34 Estimativa de custos de operação e manutenção de estações ....................
125
Tabela 35 Custos da vida útil conforme o processo de tratamento .............................
125
Tabela 36 Obtenção dos custos da vida útil com vazão de 700 m3/h .........................
127
Tabela 37 Custos da vida útil para centrifugação do lodo da ETA .............................
130
Tabela 38 Estimativa de custo total da água na Reduc ................................................
131
3
Tabela 39 Exemplo de cálculo para tratamento do reciclo para 600 m /h ..................
132
Tabela 40 Estimativa de investimento para reciclo do efluente da Reduc ...................
132
Tabela 41 Custos da vida útil para ultra e osmose do rio Iguaçu ................................
133
Tabela 42 Estimativa de cobrança pelo Ceivap ...........................................................
135
Tabela 43 Relação investimentos, custos Ceivap e tempo de retorno .........................
135
11
LISTA DE SIGLAS
ABES
ANA
ANP
API
AWWA
BTU
CEDRL
CONAMA
CEDAE
CEIVAP
DAF
DBO
DQO
ENRCCI
EPA
ETDI
ETE
FEEMA
GLP
HPA
IWC
JICA
LEA
LFA
LMC
MENA
MBR
MTBE
NASA
NTU
NESHAP
NPDES
OMS
PNRH
PNUMA
PTFE
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária
Agência Nacional de Águas
Agência Nacional de Petróleo
American Petroleum Institute
American Water Works Association
British Thermal Unit
CANMET Energy Diversification Research Laboratory
Conselho Nacional de Meio Ambiente
Companhia Estadual de Águas e Esgotos do Rio de Janeiro
Comitê para Integração da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul
Dissolved Air Flotation
Demanda Bioquímica de Oxigênio
Demanda Química de Oxigênio
Engineering News Record Construction Cost Index
Environmental Protection Agency
Estação de Tratamento de Despejos Industriais
Estação de Tratamento de Esgotos
Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente
Gás Liqüefeito de Petróleo
Hidrocarbonetos Poliaromáticos
International Water Conference
Japan International Cooperation Agency
Lagoa de Equalização Aerada
Lagoa Facultativa Aerada
Lagoa de Mistura Completa
Middle East and North Africa
Membrane Bioreactor
Metil Terc Butil Éter
National Aeronautics and Space Administration
Nephlometric Turbity Units
National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants
National Pollutant Discharge Elimination System
Organização Mundial de Saúde
Política Nacional de Recursos Hídricos
Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente
Politetrafluoretileno
12
RECAP
REDUC
RLAM
REMAN
REPAR
REPLAN
REVAP
RFNT
RFT
RPBC
SDI
SEMADS
SERLA
SISNAMA
TCLP
UNEP
UNESCO
USEPA
Refinaria de Capuava
Refinaria Duque de Caxias
Refinaria Landulpho Alves
Refinaria de Manaus
Refinaria Presidente Getúlio Vargas
Refinaria de Paulínea
Refinaria do Vale do Paraíba
Resíduos Não Filtráveis Totais
Resíduos Filtráveis Totais
Refinaria Presidente Bernardes/Cubatão
Silt Density Index
Secretaria do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável
Superintendência Estadual de Rios e Lagos
Sistema Nacional do Meio Ambiente
Toxic Characteristic Leaching Procedure
United Nations Environmental Programme
United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization
U. S. Environmental Protection Agency
13
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................
15
1.1 O PROBLEMA ..............................................................................................................
15
1.2 OBJETIVO DO ESTUDO .............................................................................................
22
1.2.1 Objetivo Geral ...........................................................................................................
22
1.2.2 Objetivos Complementares ......................................................................................
22
1.3 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO ....................................................................................
23
1.4 METODOLOGIA ..........................................................................................................
23
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO .............................................................................
24
2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO UTILIZADAS .....................
25
2.1 CONSUMO E DESCARTES DE ÁGUA DAS REFINARIAS BRASILEIRAS .........
25
2.2 TRATAMENTO DE ÁGUA .........................................................................................
30
2.2.1 Tratamento Convencional ........................................................................................
31
2.2.2 Tratamento com Membranas ..................................................................................
32
2.2.2.1 Microfiltração ..........................................................................................................
35
2.2.2.2 Ultrafiltração ............................................................................................................
37
2.2.2.3 Nanofiltração ...........................................................................................................
40
2.2.2.4 Osmose Reversa .......................................................................................................
40
2.2.2.5 Eletrodiálise ............................................................................................................
43
2.3 GERAÇÃO E TRATAMENTO DE EFLUENTES EM REFINARIAS ......................
44
2.3.1 Tratamentos Convencionais .....................................................................................
46
2.3.2 Tratamento com Membranas ..................................................................................
48
2.4 UTILIZAÇÃO DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE REFINO DE PETRÓLEO ..........
54
2.4.1 Principais Aplicações ................................................................................................
54
2.4.2 Métodos e Tecnologias para Reúso .........................................................................
57
2.5 LEGISLAÇÃO APLICÁVEL AO REÚSO .................................................................
84
3. ESTUDO DE CASO PARA A REDUC .......................................................................
90
3.1 SISTEMAS E INSTALAÇÕES EXISTENTES ............................................................
90
3.1.1 Unidades de Processo e a Geração de Efluentes ....................................................
91
3.1.2 Tratamento de Água .................................................................................................
94
3.1.3 Tratamento de Efluentes ..........................................................................................
94
14
3.2 OPORTUNIDADES PARA REÚSO ............................................................................
96
3.2.1 Opções para Reúso das Correntes Internas de Processo ......................................
96
3.2.1.1 Torres de Resfriamento ...........................................................................................
96
3.2.1.2 Despejos dos Processos e Sistemas de Tratamento .................................................
101
3.2.1.3 Águas Pluviais .........................................................................................................
102
3.2.1.4 Outras Fontes ..........................................................................................................
102
3.2.1.5 Correntes Hídricas da REDUC................................................................................. 104
3.2.2 Opções de Correntes Externas ................................................................................ 108
3.2.2.1 Baía de Guanabara e Rio Iguaçu .............................................................................. 108
3.2.2.2 Efluente de ETE Municipal .....................................................................................
120
3.2.3 Viabilidade Técnica e Econômica ............................................................................ 123
3.2.3.1 Estimativa do Custo de Utilização do Rio Iguaçu ...................................................
133
3.2.3.2 Impactos da Cobrança na Reduc Utilizando Critérios do Ceivap ...........................
134
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 137
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES .................................................................................
141
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 145
15
1. INTRODUÇÃO
1.1 O PROBLEMA
A sobrevivência de qualquer organismo vivo depende fundamentalmente de água.
Sem água não há vida. O homem, além de sua utilização para atendimento às necessidades
biológicas, tem-se tornado cada vez mais dependente das propriedades da água para satisfazer
outros usos, tais como, transporte, recreação, pesca, produção de energia, suprimento a
indústrias etc. Essa diversidade de usos, entretanto, gera conflitos de interesse entre grupos
organizados na sociedade, assim como com a própria natureza, em função das alterações no
ciclo hidrológico.
Toda água disponível no planeta integra o chamado Ciclo Hidrológico, no qual este
líquido circula na atmosfera, superfície do solo e no subsolo, através dos processos de
precipitação, infiltração, escoamento superficial (runoff), escoamento subterrâneo, evaporação
e evapotranspiração. Esse é o modelo pelo qual são representadas a interdependência e o
movimento contínuo da água nas fases sólida, líquida e gasosa. Através do entendimento
desse ciclo, perpetuou-se ao longo do tempo a “crença” da inesgotabilidade da água.
Até o final da década de 80, acreditava-se que o ciclo hidrológico no planeta era
fechado, ou seja, que a quantidade total de água na Terra não sofria alteração. Descobertas
recentes, entretanto, sugerem que “bolas de neve” de 20 a 40 toneladas, denominadas pelos
cientistas de “pequenos cometas”, provenientes de outras regiões do sistema solar podem
atingir a atmosfera da Terra. As chuvas de “bolas de neve” vaporizam-se quando se
aproximam da atmosfera terrestre e podem ter acrescentado 3 trilhões de toneladas (3 x 106
km3) de água a cada 10.000 anos (FRANK, 1990; PIELOU, 1998 apud TUNDISI, 2003, p. 6).
Dos 1.386.000.000 km3 de água distribuídas no globo terrestre, segundo
SHIKLOMANOV (apud REBOUÇAS, 1999), cerca de 97,5% é de água salgada, e dos 2,5%
restantes, apenas 0,3% corresponde à água doce disponíveis em rios e lagos; ou seja, estimase um volume de 104.000 km3 de água doce superficial disponível.
No livro Last Oasis, de Sandra Postel (apud MANCUSO, 2002), é citado que uma
pequena fração da água do planeta está sempre se transformando em água doce através de um
contínuo processo de evaporação e precipitação. Aproximadamente 40.000 km3 de água são
transferidos dos oceanos para o continente, a cada ano, renovando o suprimento de água doce
mundial, quantidade muitas vezes superior à necessária para a população atual do planeta.
16
Com relação à sua distribuição, a literatura tem inúmeras citações de que, em razão
das peculiaridades climáticas, as águas doces não estão distribuídas igualmente no planeta.
Na avaliação do Banco Mundial, a disponibilidade mínima de água para
descaracterizar uma situação de estresse é de 2.000 m3/habitante/ano (REBOUÇAS, 1999, p.
31). Se considerarmos a população mundial atual de 6,2 bilhões de habitantes e que cada
indivíduo necessita, em média, de 250 l/dia de água para satisfazer suas necessidades básicas,
essa população levaria cerca de 180 anos para consumir o volume de água doce superficial
disponível.
O problema surge da distribuição desigual da precipitação e do mau uso que se faz da
água captada, e claro, do aumento da população mundial.
As atividades humanas tais como construções de reservatórios para estocagem de
água, transposição de bacias hidrográficas, utilização desordenada de águas subterrâneas,
desvios de cursos d’água para atendimento à agricultura e outros, interferem diretamente no
ciclo hidrológico, resultando na alteração do padrão espacial de vazão natural. Segundo dados
publicados por especialistas (REBOUÇAS, 1999; TUNDISI, 2003), a drenagem anual per
capita do Brasil em 1983 era de 43.200 m3 com perspectiva de redução da ordem de até 30%
em 2000. Essa projeção, entretanto, não é confirmada por dados atualizados pela UNESCO –
United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, que indicam 48.314 m3 em
2003.
Essa diversidade de utilização, fruto do desenvolvimento econômico e social das
nações, produziu inúmeras alterações sobre o ciclo hidrológico, bem como nas reservas de
águas superficiais e subterrâneas. Houve ao longo do tempo, especialmente a partir de meados
do século XX, uma expansão do desenvolvimento agrário mundial, intensificando o uso da
água para esse fim. A tabela 1 apresenta os diferentes usos da água por continente:
Tabela 1 - Usos múltiplos da água por continente (km3) (1995)
Região
África
Ásia
Austrália-Oceania
Europa
América do Norte e Central
América do Sul
Total mundial
Percentagem do total mundial
Irrigação
127,7
1.388,8
5,7
141,1
248,1
62,7
2.024,1
68,3
Fonte: RAVEN et al. (1998 apud TUNDISI, 2003).
Indústria
7,3
147,0
0,3
250,4
235,5
24,4
684,9
23,1
Doméstico/municipal
10,2
98,0
10,7
63,7
54,8
19,1
256,5
8,6
17
Na avaliação de 2002, através de relatório da United Nations Environmental
Programme (2002), o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) traça
um quadro preocupante para os problemas mundiais de água e a degradação dos recursos
hídricos no planeta destacando-se que:
− 80 países, representando 40% da população mundial, têm sérias dificuldades para
manter a disponibilidade de água;
− cerca de 1/3 da população mundial vive em países onde a falta de água vai de
moderada a altamente impactante e o consumo representa mais de 10% dos
recursos renováveis da água;
− mais de 1 bilhão de pessoas (cerca de 16% da população mundial) têm problemas
de acesso a água potável e 2,4 bilhões (39%) não têm acesso a saneamento básico;
− estima-se que entre 10.000 e 20.000 crianças morrem todo dia vítimas de doenças
de veiculação hídrica;
− em algumas regiões da China e da Índia, o lençol freático afunda de 2 a 3 metros
anualmente e 80% dos rios são muito tóxicos para suportar peixes;
− mais de 20% de todas as espécies de água doce estão ameaçadas ou em perigo em
razão da construção de barragens, diminuição do volume de água e danos causados
por poluição e contaminação;
− cerca de 37% da população mundial vive próximo à costa, onde o esgoto
doméstico é a maior fonte de contaminação;
− eutrofização marinha e costeira causada pelo impacto do nitrogênio presente nos
esgotos é uma das principais fontes de poluição, contaminação e degradação de
recursos costeiros e marinhos;
− 120 milhões de m3 de água estão contaminados e para 2050 espera-se uma
contaminação de 180 milhões de m3 caso persista a poluição.
O Brasil, conforme a UNESCO, é o 25ọ país com maior volume de água por habitante.
A disponibilidade hídrica é alta, porém distribuída de forma desigual em relação à densidade
populacional. A produção total de águas no Brasil representa 53% do continente sul
americano (334.000 m3/s) e 12% do total mundial (1.488.000 m3/s) (REBOUÇAS, 1999).
Segundo a Agência Nacional de Águas (2002), o Brasil possui cerca de 8% das
reservas mundiais de água doce, situação essa considerada privilegiada em termos de
quantidade per capita. Entretanto, também como no restante do planeta, a distribuição não é
18
uniforme. Além disso, o aumento populacional, principalmente em regiões de maior carência,
e a degradação ambiental decorrente do mau uso e políticas predatórias e de resultados
imediatistas que não priorizam a conscientização, têm dificultado sobremaneira o acesso à
água de qualidade para consumo humano.
A Região Amazônica foi “contemplada” pela natureza com 73% das águas doces
brasileiras enquanto que os 27% restantes estão concentrados nas regiões de maior índice
demográfico.
A disponibilidade de água doce no Brasil tem-se reduzido ao longo do tempo, pelo
aumento da população, por seus usos múltiplos e pela perda de mecanismos de retenção
através da remoção de áreas alagadas, desmatamento e a eutrofização de lagos e represas.
Sintetizando a situação dos recursos hídricos no Brasil, verifica-se que a região com
maior abundância e disponibilidade de recursos hídricos é a região Norte, principalmente
levando-se em conta a baixa densidade populacional. Entretanto, as condições sanitárias
(drenagem de esgotos e tratamento de água) são precárias, agravando o problema da saúde
humana, com incidência sobre a mortalidade infantil. Na região Sudeste, o problema é outro:
há água suficiente, mas o crescimento da urbanização, a ampliação do parque industrial e a
intensificação das atividades agrícolas, além do crescimento populacional e da diversificação
dos usos múltiplos, aumentaram os custos do tratamento, tornando a água tratada um bem
cada vez mais caro, o que representa um empecilho ao crescimento econômico e ao
desenvolvimento.
Na região Sul, o problema também está relacionado com a diminuição da água per
capita, o aumento das atividades agrícolas e industriais, o aumento dos custos do tratamento e
a diversificação dos usos múltiplos: irrigação, uso industrial, piscicultura, navegação e
recreação. No Nordeste, o problema é a escassez, a contaminação por doenças tropicais de
veiculação hídrica e a falta de saneamento básico. A região Centro-Oeste tem uma área de alta
biodiversidade, única no mundo em dimensão contínua (aproximadamente 200.000 km2),
entretanto, altamente ameaçada por atividades predatórias sob o ponto de vista ambiental
(HESPANHOL, 1999).
Podemos concluir, portanto, que o aumento populacional e a poluição dela decorrente,
são os principais fatores de perda da qualidade dos recursos hídricos nacionais.
Para Tundisi, também estudioso do assunto, um dos principais desafios para o Brasil
no século XXI será garantir o suprimento adequado de água para as regiões metropolitanas e
urbanas (20% da população brasileira não recebem água tratada, recorrendo a outras fontes
para seu suprimento). Em muitas cidades de pequeno porte (< 20.000 habitantes) e de médio
19
porte (entre 100.000 e 200.000 habitantes), o suprimento de água é adequado, mas o aumento
no custo de tratamento de água e esgotos exigirá grandes investimentos (TUNDISI, 2000).
A poluição hídrica é apontada como um dos principais fatores que têm dificultado o
acesso à água de boa qualidade. Todos os esgotos sanitários, industriais e agrícolas afetam, de
algum modo, a vida normal de um rio ou lago. Quando a influência é suficiente para tornar a
água inaceitável para o seu melhor uso, diz-se que a mesma está poluída (HAMMER, 1979).
Os padrões para as águas superficiais definem a qualidade aceitável para cada usobenefício, por exemplo, para abastecimento público. Os padrões dos efluentes de esgotos
regulamentam as descargas das indústrias e comunidades, para assegurar a sua coerência com
os critérios estabelecidos para as águas superficiais.
Um rio ou córrego, que seja usado para a diluição de esgoto, depende da capacidade
natural de autodepuração para assimilar os despejos e restabelecer sua própria qualidade
original. A capacidade de recuperação, após uma descarga de esgotos, é determinada pelas
características do rio, incluindo suas condições climáticas.
Um dos efeitos mais conhecidos de poluição de corpos hídricos é a eutrofização.
Trata-se do processo pelo qual os lagos tornam-se enriquecidos com nutrientes, resultando
características indesejáveis na qualidade da água, tanto para abastecimento público como para
recreação. O processo de eutrofização é diretamente relacionado com a cadeia alimentar
aquática, cuja produtividade é proporcional à disponibilidade de nitrogênio e fósforo,
geralmente encontrados em pequenas quantidades em águas naturais. A abundância destes
nutrientes desequilibra a sucessão normal da cadeia alimentar aquática provocando um
desenvolvimento explosivo de algas verde-azuladas tornando a água turva. Após
decomposição, essas algas produzem odores desagradáveis, consomem oxigênio dissolvido e
favorecem o assoreamento ao precipitarem. A eutrofização, portanto, é o aumento da
concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos,
que tem, como conseqüência, aumento de suas produtividades (ESTEVES, 1988).
Segundo WATSON, R. et al. (1998), em Protecting our planet securing our future:
linkages among global environmental issues and human needs, as conclusões de uma série de
reuniões realizadas em 1990 de cientistas, administradores e gerentes da UNEP, NASA e
Ministros do Meio Ambiente de diversos países, patrocinadas pelo Banco Mundial, podem ser
resumidas nas seguintes tendências, causas e projeções futuras:
20
a) Tendências atuais:
− A crise de água atingiu muitas regiões do planeta. Um terço da população mundial
habita áreas com estresse de água.
− 1,3 bilhão de pessoas não têm acesso à água potável e 2 bilhões não têm acesso a
saneamento adequado.
− 70% da água captada é utilizada para a irrigação.
− Funções hidrológicas e ecológicas das áreas alagadas vêm sendo reduzidas
paulatinamente.
− A diversidade global dos ecossistemas aquáticos vem sendo reduzida
significativamente.
− A poluição crescente da água aumenta os custos de tratamento.
− Uso inadequado do solo resulta em perdas econômicas para os usos e conservação
dos recursos hídricos
b) Principais causas:
− Crescimento populacional e rápida urbanização.
− Diversificação dos usos múltiplos.
− Gerenciamento não coordenado dos recursos hídricos disponíveis.
− Não reconhecimento de que saúde humana e qualidade de água são interativos.
− Peso excessivo de políticas governamentais nos “serviços de água” (fornecimento
de água e tratamento de esgotos).
− Degradação do solo por pressão da população, aumentando a erosão e a
sedimentação dos rios, lagos e represas.
− A água é tratada exclusivamente como um bem social e não econômico, resultando
em uso ineficiente, em irrigação e em desperdícios após o tratamento (na
distribuição).
− Problemas sociais, econômicos e ambientais referentes aos recursos hídricos são
tratados separadamente e de forma pouco eficiente (L’VOVICH & WHITE, 1990).
21
c) Projeções para o futuro:
− Em 2025, dois terços da população humana estará vivendo em regiões com
estresse de água. Em muitos países em desenvolvimento a pouca disponibilidade
de água afetará o crescimento e a economia local e regional.
− A poluição da água continuará afetando os recursos hídricos continentais e as
águas costeiras.
− Uso inadequado do solo afetará bacias hidrográficas nos continentes, águas
costeiras e estuárias.
O conjunto de ações produzidas pelas atividades humanas ao explorar os recursos
hídricos para expandir o desenvolvimento econômico e fazer frente às demandas industriais e
agrícolas e à expansão e crescimento da população e das áreas urbanas foi se tornando
complexo ao longo da história da humanidade. Duas causas fundamentais, apontadas como
causadoras dos impactos nos ecossistemas aquáticos continentais da superfície e subterrâneos,
são o crescimento mundial da população humana e o grau de urbanização.
A contaminação das águas subterrâneas é outra fonte importantíssima de deterioração
dos recursos hídricos e das reservas disponíveis. Essa contaminação se dá pela percolação de
substâncias tóxicas presentes em resíduos lançados na superfície, acidentes com derrames de
combustíveis, fossas negras, aterros sanitários, dejetos de animais confinados em áreas com
grande concentração de fazendas em que o material permanece no solo e outros. Em regiões
próximas à costa, algumas obras podem resultar no influxo de águas salobras em aqüíferos ou
no lençol freático.
Os ambientes aquáticos localizados em grandes centros urbano-industriais têm sofrido
com as mais variadas formas de alterações antrópicas inviabilizando seu uso direto para o
consumo humano. Conseqüentemente, obter água de boa qualidade, dentro dos padrões
mundiais de potabilidade tem-se tornado cada vez mais dispendioso.
O aumento da retirada de água tem significado para muitos países perdas substanciais
e desequilíbrios no ciclo hidrológico. Quando as retiradas de água para irrigação,
abastecimento público ou uso industrial excedem a quantidade de água reposta pela
precipitação e a recarga, há um desequilíbrio que causa escassez. Isso ocorre tanto em águas
superficiais quanto em águas subterrâneas.
A escassez progressiva da água em âmbito mundial tem incentivado pesquisas
aplicadas do mais alto nível científico e tecnológico para os países da Comunidade
Econômica Européia e, de forma análoga, para os 21 países componentes do Middle East and
22
North África (MENA), a região de maior escassez de água do planeta. Observamos, porém,
que tais iniciativas partem principalmente de organismos públicos que priorizam (e não
poderia ser diferente) tecnologias para atendimento e garantia do suprimento dos usos básicos
tais como, abastecimento humano, irrigação e conservação para produção de alimentos
(pesca). Um dos exemplos mais objetivos é conhecido como Projeto Poseidon, desenvolvido
pela Comunidade Econômica Européia que visa aumentar o reúso indireto da água potável
pela eliminação de resíduos dos produtos farmacêuticos e de higiene pessoal, que passam
através dos processos usuais de tratamento dos esgotos e contaminam a água de
abastecimento dos aqüíferos superficiais e profundos.
1.2 OBJETIVO DO ESTUDO
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo desta dissertação é avaliar a gestão dos recursos hídricos em refinarias de
petróleo brasileiras, sob o ponto de vista da utilização racional de mananciais disponíveis e do
reúso de correntes hídricas, que possibilitem a minimização do uso de recursos naturais e
geração de efluentes.
1.2.2 Objetivos Complementares
São ainda objetivos deste trabalho:
− Fazer uma revisão das principais tecnologias existentes aplicadas ao tratamento de
águas e efluentes que podem compor um sistema de recuperação desses recursos.
− Mostrar a profissionais e estudantes (futuros tomadores de decisão), a necessidade
de integrar à prática nacional o conceito e a necessidade do reúso dos recursos
hídricos como fator de sustentabilidade.
− Incentivar profissionais da indústria brasileira a buscar soluções para problemas de
escassez de recursos hídricos através da viabilização de tecnologias consolidadas a
nível mundial e pouco conhecidas no cenário nacional.
− Contribuir com as pesquisas que objetivam o uso racional dos recursos
disponíveis em bacias hidrográficas.
23
1.3 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO
O estudo está baseado no levantamento das principais tecnologias de tratamento de
recursos hídricos aplicadas atualmente em refinarias de petróleo brasileiras.
A avaliação da aplicabilidade é limitada a um estudo de caso hipotético na refinaria de
atuação do autor, referenciando dados reais da instalação computados no período de janeiro
de 2001 a dezembro de 2002.
O estudo não visa enumerar e analisar criticamente todos os possíveis arranjos de
processos que possibilitam reutilização de água nas refinarias, nem descrever tecnicamente os
sistemas e tratamentos existentes, e sim, ilustrar através de exemplo com dados reais a
necessidade de análise mais ampla das questões técnicas, econômicas, legais e sócioambientais para tomada de decisão de projetos dessa natureza.
1.4 METODOLOGIA
O estudo foi desenvolvido através do levantamento baseado em pesquisa bibliográfica,
consulta a empresas fornecedoras de tecnologia na área de tratamento de água, de efluentes
industriais e domésticos, publicações de relatórios de órgãos estaduais e na experiência
profissional de vinte e cinco anos do autor, atuando na área de otimização de processos de
tratamento de água e efluentes em indústrias química, farmacêutica e de petróleo.
A proposta de trabalho, em função da natureza das questões contextualizadas, pode ser
classificada como aplicada na medida em que objetiva apresentar conhecimentos de aplicação
prática específicos na atividade industrial. Caracteriza-se, também, como uma pesquisa
exploratória uma vez que não visa verificar teorias e sim a buscar alternativas para solução de
problemas ainda pouco discutidos no cenário nacional, em nível empresarial.
Para as informações sobre as tecnologias de tratamento de água e efluentes, empregouse a bibliografia disponível complementada com relatórios gerados de aplicações práticas da
Petrobras e publicações de empresas prestadoras de serviços e fornecedoras de tecnologia. A
legislação e normas relacionadas à análise do trabalho, foram as publicadas pelo Sistema
Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos e pelo Sistema Nacional de Meio
Ambiente. Legislações aplicadas em sistemas internacionais foram consultadas em papers
apresentados em congressos internacionais e Internet.
24
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
A contextualização para motivação da proposta do trabalho e a organização dos
tópicos considerados importantes para o seu desenvolvimento são apresentadas no capítulo 1.
No capítulo 2, faz-se uma apresentação das principais tecnologias utilizadas em
tratamentos de água para consumo e águas residuárias objetivando o reúso. São feitas
abordagens panorâmicas dos métodos de tratamentos considerados convencionais e
tecnologias mais modernas baseadas em membranas filtrantes, bem como tecnologia
computacional baseada em integração mássica conhecida como Pinch Technology. A
legislação aplicável também é abordada nesse capítulo.
No capítulo 3, é feita a descrição dos sistemas existentes nas principais refinarias
brasileiras e um levantamento de campo em uma refinaria específica (Refinaria Duque de
Caxias – Reduc) para avaliação de oportunidades de melhorias, como exemplo, que possam
ser implementadas. Para avaliação dos aspectos e impactos, é feita uma análise
custo/beneficio do reúso de algumas correntes utilizadas no exemplo.
No capítulo 4, são discutidos os resultados do estudo de caso.
O capítulo 5 trata da conclusão e sugestões desta dissertação e as referências
bibliográficas, no capítulo 6, encerram o trabalho.
25
2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO UTILIZADAS
2.1 CONSUMO E DESCARTES DE ÁGUA DAS REFINARIAS BRASILEIRAS
O parque de refino nacional está, no momento, sendo ampliado significativamente por
conta das recentes descobertas de petróleo no Brasil, por adequação da matriz energética, pela
modernização dos processos para garantir competitividade no mercado globalizado e
atendimento a requisitos ambientais.
Até o ano de 2007, estão previstas ampliações nas refinarias de norte a sul, elevando a
capacidade de refino nacional em mais de 200 mil barris/dia até o final da década
(PETROBRAS, 2003).
A viabilização desses novos empreendimentos tem, como fator de grande importância,
a necessidade, no mínimo, da manutenção dos atuais níveis de alocação dos recursos hídricos
em algumas unidades operacionais, e em outras, buscar junto à autoridade competente
alternativas que possibilitem o aumento gradativo da outorga concedida.
Essa necessidade, entretanto, choca-se frontalmente, em nível macro, com o cenário de
escassez de água de qualidade em algumas regiões do país e a aparente abundância em outras.
A Refinaria Isaac Sabbá (REMAN), por exemplo, localizada em Manaus na região
norte do país tem no rio Negro, afluente do Amazonas, uma potencial fonte de água. Embora
utilizando água de poço, não apresenta qualquer preocupação em termos de quantidade desse
recurso para muitos anos.
Já a Refinaria de Paulínia (Replan), instalada no município de Paulínia, São Paulo,
enfrenta dificuldades para aumento do seu parque industrial em função da escassez de água na
região, tendo sido inclusive, motivo de preocupação de seus técnicos uma possível redução da
sua quota de outorga. Outra refinaria com sérios problemas de água é a Refinaria de Capuava
(Recap), instalada no município de Mauá/SP e usuária da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê. O
rio Tamanduateí, tributário dessa Bacia, e do qual a refinaria capta parte da água utilizada,
apresenta alto grau de poluição, situando-se na região metropolitana de São Paulo; ou seja,
essa bacia está inserida em uma das áreas de maior adensamento urbano do mundo.
Também na Refinaria Henrique Laje (Revap), localizada na Bacia do rio Paraíba do
Sul, foi sinalizada em acordo de compromisso com Órgão Ambiental local, a dificuldade de
se aumentar a capacidade de captação da atual fonte de água para as ampliações futuras.
Por outro lado, a Reduc, também usuária (indireta) da Bacia do Paraíba através do rio
Guandu, está substituindo a captação de água do mar por água doce para atendimento ao
26
sistema de refrigeração de suas unidades de processo. O que pode parecer a princípio um
contra-senso é justificado pelo fechamento do circuito aberto, eliminando os riscos de
contaminação por hidrocarbonetos da Baía de Guanabara. A Reduc apresenta ainda a
peculiaridade de estar sob influência de 3 bacias: capta água nas bacias de Sepetiba (rio
Guandu, transposto da bacia do Paraíba) e Guanabara (barragem de Saracuruna), sendo que
seu descarte é feito no rio Iguaçu, o que deixa clara a necessidade de uma gestão que integre
os recursos naturais aduzidos e o controle ambiental na região de influência da atividade.
Todo esse cenário leva-nos a acreditar que a adoção de Política de Gestão de Recursos
Hídricos integrada, que contemple a utilização racional da água é fundamental para consolidar
sustentabilidade da atividade em níveis nacional e internacional. Esforços pela reutilização
máxima das correntes hídricas internas para minimização da geração de efluentes devem ser
incentivados no meio industrial.
Em uma visão geral da questão hídrica no refino de petróleo, pode-se observar, na
tabela 2, que as refinarias da Petrobras estão distribuídas pelo território nacional em regiões
com aparente abundância de recursos hídricos e regiões com comprovada escassez desse
recurso.
Tabela 2 - Localização das refinarias por bacia hidrográfica e seus consumos
Unidade
instalada
REMAN
RLAM
REGAP
REDUC
REVAP
REPLAN
RPBC
RECAP
REPAR
REFAP
Bacia de captação
Negro – AM
São Francisco – BA
Paraopeba – MG
Guandu – RJ
Paraíba do Sul – SP
Piracicaba – SP
Baixada Santista – SP
Alto Tietê – SP
Paraná – PR
Sinos – RS
Capacidade instalada
(bbl/dia)*
46.000
307.000
151.000
242.000
226.000
352.000
170.000
53.000
196.000
189.000
Consumo de água
(m3/dia)
5.330
28.800
21.870
35.800
22.800
38.400
31.200
6.100
14.880
15.035
Fonte: O autor com base em Cadernos Petrobras (PETROBRAS, 2003) e relatórios internos não divulgados
Diversos fatores são avaliados para a escolha da localização de uma refinaria de
petróleo. Critérios políticos e critérios técnicos determinaram a instalação das atuais refinarias
da Petrobras. Nesse caso, por tratar-se de uma empresa estatal, o critério político
provavelmente teve até maior influência na escolha.
27
Dos critérios técnicos, contavam basicamente, as condições de transporte de petróleo,
escoamento de derivados, disponibilidade de energia elétrica,
água em quantidade e
qualidade, inclusive para diluição e transporte do efluente tratado, áreas adequadas em
extensão e mercado.
A construção da Refinaria Landulpho Alves (RLAM) foi iniciada em 1949 e entrou
em operação em 17/09/50, anterior à própria criação da Petrobras, com o nome de Refinaria
Nacional de Petróleo e conhecida como Refinaria de Mataripe. Entrou em operação
processando diariamente 2.500 barris (400m3) de óleo proveniente dos campos do Recôncavo.
Hoje tem uma capacidade de processamento de 48.500 m3/d (306.000 bpd).
A posição geográfica da RLAM oferece grandes vantagens: além da proximidade dos
campos produtores de petróleo da Bahia, está a apenas 10 km do Terminal Alves Câmara
(Temadre), que escoa sua produção e a abastece de matéria-prima. O consumo de água é da
ordem de 1100 m3/h. A água doce que abastece a refinaria é bombeada do rio Catu, distante
50 km, através de uma adutora com capacidade de bombeamento de 26000 m3/d. Outra fonte
de suprimento é a represa São Paulo, a 5 km da RLAM, com capacidade para 28000 m3/d. A
refinaria também conta com 6 bombas de água do mar para refrigeração de equipamentos.
Seus efluentes são tratados através do processo de lodos ativados a uma vazão média de 780
m3/h e descartados na baía de Todos os SANTOS.
A primeira refinaria construída após a instituição do monopólio estatal através da Lei
2004, foi a Refinaria Presidente Bernardes-Cubatão (RPBC) que teve sua história iniciada em
1948, quando o governo federal autorizou a abertura de créditos para construir uma refinaria
com capacidade para processar 45 mil barris por dia. Vários municípios foram cogitados para
sediar o empreendimento, entre eles o Rio de Janeiro – na época, DF – mas a hipótese causou
grande agitação no meio político e acabou sendo descartada. As disputas terminaram com a
escolha de Cubatão, município de mais de 3 séculos e emancipado de SANTOS em 1949. As
razões principais foram a proximidade da Grande São Paulo e do porto de SANTOS, assim
como, infra-estrutura para captação de água, no rio das Pedras, e de energia, na usina da
Light. Atualmente, a RPBC tem capacidade para processar até 170.000 bbl/dia de petróleo,
consome cerca de 1.300 m3/h de água e descarta 900 m3/h de efluente hídrico (tempo seco)
no rio Cubatão.
Na escolha da localização da REPLAN, além de contar com toda infra-estrutura de
condições de transporte, disponibilidade de água e energia, o município de Paulínia,
localizado a 114 km de São Paulo, acenava com a possibilidade de interiorização de indústrias
consumidoras de derivados de petróleo. Outra vantagem é o fato de situar-se em área de
28
aproximadamente 9 milhões de m2, isolada do convívio urbano. Os vizinhos mais próximos
são os rios Jaguari e Atibaia, limitando os dois flancos da refinaria, e uma faixa de estrada
Paulínia-Carmópolis com 1321 metros. Considerada a refinaria mais rentável do sistema, a
Replan capta uma vazão de água de aproximadamente 1600 m3/h no rio Jaguari e lança cerca
de 500 m3/h de efluentes no rio Atibaia.
Em tempos mais modernos, podemos dizer que existem duas teorias sobre a instalação
de uma nova refinaria: a da localização nas proximidades da jazida produtora de petróleo e a
da localização próxima à região onde o consumo de derivados é mais acentuado. Esta última
teoria tem prevalecido face à maior facilidade e ao menor custo de logística de abastecimento
de petróleo e distribuição de derivados.
A instalação da Refinaria Presidente Getúlio Vargas (REPAR) foi determinada,
basicamente, pela necessidade de atender à crescente demanda de derivados básicos de
petróleo na região geoeconômica dos estados do Paraná e Santa Catarina. No estudo de microlocalização a escolha foi determinada por vários fatores, merecendo destaque a existência de
uma infra-estrutura que pudesse suportar a instalação de obra desse porte, com
disponibilidade de mão de obra, energia elétrica e água.
A REPAR está situada no município de Araucária, no km 16 da Rodovia do Xisto
(BR-476) banhada pelos rios Barigui, Iguaçu e Verde. Sua capacidade atual de refino é de 31
milhões de litros diários de petróleo, equivalentes a 196 mil barris por dia, representando
11,5% da produção nacional, transformados nos produtos – óleo diesel (40%), gasolina
(22%), gás de cozinha – GPL (10%), óleos combustíveis (10%), nafta petroquímica (7%),
asfaltos (2%) e outros com menor percentual como querosene de aviação, matéria-prima para
fertilizantes, asfalto e gás de refinaria. Aproximadamente 75% de sua produção destina-se ao
abastecimento do Paraná, Santa Catarina, sul de São Paulo e Mato Grosso do Sul. O restante é
destinado a outras regiões do país ou é exportado.
A instalação dessa refinaria em 1977 no Paraná, até então um estado
predominantemente agrícola propiciou na região de Curitiba e Araucária a criação de parques
industriais que resultaram em atratividade para instalação de novas empresas industriais e de
serviços, notadamente para a região metropolitana da capital. Seu consumo médio atual de
água é de 620 m3/h e o lançamento de efluentes é da ordem de 350 m3/h no rio Iguaçu.
Outra refinaria de extrema importância na avaliação de recursos hídricos, não apenas
pela sua complexidade no que se refere aos processos produtivos, mas, sobretudo pela sua
localização e consumo, é a Refinaria Duque de Caxias no Rio de Janeiro. Situada na Bacia da
Baia de Guanabara onde despeja seus efluentes através do rio Iguaçu, a REDUC tem também
29
influência na Bacia do Paraíba do Sul uma vez que capta água no rio Guandu (transposição
para Bacia de Sepetiba). Tratando-se da refinaria de atuação do autor, suas características são
detalhadas mais adiante do trabalho constituindo-se no estudo de caso escolhido para esta da
dissertação.
Em termos nacionais, as refinarias da Petrobras tiveram um consumo médio de 6,6
bilhões de litros d’água por mês durante os anos de 2001 e 2002. O volume de petróleo
processado no período foi de 8,3 x 106 m3/mês em 2001 e de 8,1 x 106 m3/mês em 2002, ou
seja, 0,79 e 0,82 m3 de água por cada m3 de petróleo processado, respectivamente. Esse
índice, m3 de água por m3 de óleo processado, denominado ICA (índice de consumo de água)
é utilizado como parâmetro de avaliação de gestão.
Todo esse volume de água é praticamente originário de reservatórios superficiais
(pequena parte da captação de algumas unidades como Recap, Lubnor, Fafen e Reman são
provenientes de poços artesianos) e, para atingir condições de uso nos processos produtivos,
fazem-se necessários tratamentos específicos.
Quanto à geração de efluentes hídricos, quatro tipos são gerados numa refinaria: água
de chuva, água de resfriamento, água de processo e esgotos sanitários.
A água de chuva é intermitente e pode conter contaminantes de derramamentos para o
solo, vazamentos de equipamentos e qualquer material coletado no sistema de drenagem. A
água de chuva inclui ainda água proveniente de drenagem da área de tanques de estocagem.
Grande parte da água usada numa refinaria de petróleo é para resfriamento que não
entra em contato com correntes de óleo do processo e, portanto contém menos contaminantes
que o efluente de processo.
A água usada nas operações do processo representa uma porção significativa dos
efluentes totais. Como a água de processo entra em contato direto com o óleo, é de uma forma
geral altamente contaminada e os principais contaminantes que podem ser encontrados no
efluente de uma refinaria são: pH, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, carbono orgânico
total, nitrogênio total, fósforo total, DBO, DQO, H2S, NH3, óleo, compostos aromáticos
(BTEX), fenol, sal, mercaptans, cianetos, fluoreto, MTBE, HPA’s, metais pesados,
temperatura, condutividade e toxicidade.
30
2.2 TRATAMENTO DE ÁGUA
Em se tratando de abastecimento público, o objetivo do tratamento d’água é torná-la
potável para o consumo humano; ou seja, para uso doméstico a água deve ser livre de
contaminantes que possam causar danos a saúde, esteticamente aceitável, sem turbidez
aparente, odor ou gosto. Os padrões de qualidade exigidos, nesse caso, são determinados por
legislação específica local, que no caso do Brasil são estabelecidos pelos parâmetros listados
na Portaria no 518 do Ministério da Saúde, de 25/04/2004.
Os padrões de qualidade para uso industrial podem obedecer a critérios ainda mais
rígidos dependendo da sua finalidade. Por exemplo, água utilizada em caldeiras de alta
pressão exige alto controle de elementos minerais, tais como sílica, por exemplo, o que acaba
exigindo tratamento adicional àquele empregado para torná-la potável. Esse parâmetro, sílica,
para água potável não é considerado na Portaria no 518/2004.
A principal utilização, em termos de quantidade, da água em uma refinaria é para
refrigeração. Trocas térmicas cujo fluido de refrigeração é a água, é o mais utilizado no refino
de petróleo no Brasil. Observamos uma baixa utilização de air-coolers que utilizam o ar para
essa finalidade. Quantidades menores de água são empregadas para produção de vapor, uso
diretamente no processo, proteção contra incêndio, uso doméstico e outros fins.
BRAILE (1979) observa que uma refinaria típica com capacidade para 50.000 bbl/dia
produz até 1 bilhão de BTU por hora sendo que a metade dessa energia térmica é removida
pela água. Supondo um aumento de temperatura de 15oC nas águas do resfriamento, são
necessários 2500 l/s de água para remover esta quantidade de energia.
A REDUC, cuja capacidade de refino atual é de 242.000 bbl/dia, e que é considerada a
refinaria mais complexa do sistema Petrobras – juntamente com a refinaria de Mataripe tem
produção de lubrificantes – consome em média, 1.500 m3/h para uma produção de 195.000
bbl/dia e consumo energético da ordem de 4,5 bilhões de BTU por hora.
Na produção de água com qualidade para suporte de seu processo produtivo, as
refinarias brasileiras têm utilizado desde suas implantações, sistemas de tratamento dito
convencional, variando em alguns detalhes a depender da qualidade da fonte de captação.
31
2.2.1 Tratamento Convencional
Uma estação de tratamento de água dita convencional, é aquela que apresenta as
etapas de coagulação, floculação, sedimentação, filtração, desinfecção e correção de pH.
Qualquer que seja o método empregado para a purificação da água, usa-se basicamente
essa seqüência, precedida em alguns casos de uma neutralização para minimizar a repulsão
entre partículas com cargas elétricas de mesmo sinal, que dificulta a formação de flocos. Após
essa neutralização, a adição de produtos químicos como o sulfato de alumínio, por exemplo,
promove a coagulação que em última análise é a agregação das partículas suspensas.
A mistura do coagulante com o líquido provoca a hidrolisação, polimerização e a
reação com a alcalinidade, formando hidróxidos denominados gel, produzindo na solução íons
positivos. Estes íons desestabilizam as cargas negativas dos colóides e sólidos em suspensão,
reduzindo o potencial zeta a ponto próximo de zero, denominado ponto isoelétrico,
permitindo a aglomeração das partículas e, conseqüentemente, a formação de flocos (NUNES,
2001).
Para a formação de flocos com tamanho e densidade que facilitem a separação do
meio líquido, são normalmente utilizados produtos químicos (polímeros catiônicos ou
aniônicos) formando pontes entre as partículas coaguladas, que então adquirem condições
suficientes para sedimentar por gravidade. A etapa final das operações unitárias de separação
física é a filtração que consiste na passagem da água decantada por sistemas porosos que
conseguem reter o material insolúvel. Operações coadjuvantes com produtos químicos
normalmente compõem essas operações unitárias, tais como a pré-cloração para auxiliar na
eficiência da coagulação e realizar controle de algas e microorganismos. Para destruição de
organismos patogênicos, realiza-se uma desinfecção normalmente com cloro no final do
processo e, para que a água não se torne excessivamente ácida que provoque corrosão na
tubulação nem alcalina facilitando incrustações, corrige-se o pH com produto à base de
carbonato.
Na utilização industrial, além dessas etapas, poderão ser exigidas outras com
finalidades específicas. Assim, por exemplo, para produção de vapor em caldeiras os sistemas
de tratamento nas refinarias são complementados com uma etapa de desmineralização.
De uma forma geral, as etapas de tratamento em refinarias de petróleo são as indicadas
no fluxograma exemplificado na figura 1.
32
Captação
Rio, Poço
Tanque de armazenamento
de água bruta
Água bruta para:
- Combate a incêndio
- Lavagem de pisos
- Jardinagem
Clarificação
Filtração
Reposição
Sistema de
água de
resfriamento
Diversos
Desmineralização
Água de Processo
Água p/geração de vapor
Desinfecção
Potável
Área administrativa
Laboratórios
Figura 1 - Fluxograma simplificado de sistema de tratamento de água para refinarias brasileiras
Fonte: O próprio autor.
2.2.2 Tratamento com Membranas
Dos processos de tratamento atualmente contemplados para implementação, tanto para
novos projetos de unidades quanto aperfeiçoamento de existentes, a utilização de membranas
filtrantes tem sido considerada cada vez mais no segmento de petróleo, na indústria como um
todo e também no setor público.
SCHNEIDER (2001) considera que as membranas filtrantes são a principal inovação
tecnológica para tratamento de água e esgotos desde o desenvolvimento dos processos
convencionais utilizados secularmente.
33
Com preocupações envolvendo a saúde humana e o desenvolvimento de membranas
com custos mais baixos, a aplicação das tecnologias de membranas no campo da engenharia
ambiental tem crescido muito nos últimos 5 anos. A utilização ainda maior dessa tecnologia é
esperada para o futuro próximo transformando a tecnologia convencional de filtração em
coisa do passado em 10 a 15 anos (METCALF & EDDY, 2003).
O uso dessas membranas semipermeáveis é relativamente recente no campo da
purificação de água. A observação de tecidos de vegetais e animais inspirou a engenharia de
sua fabricação (MANCUSO, 2003, p. 319).
MANCUSO (idem) faz uma analogia dos processos de separação através de
membranas com os processos naturais que ocorrem nas raízes vegetais e nos intestinos dos
animais para a transferência de nutrientes e remoção de material indesejável.
Quando uma membrana semipermeável é usada para a separação de soluções em água,
esse solvente passa através de seus poros em decorrência de uma força motriz, que comanda o
processo, separando parte de suas impurezas originais na forma de um concentrado. O fluxo
do líquido depende da porosidade da membrana (quantidade de poros por unidade de área),
tamanho médio dos poros (diâmetro médio dos orifícios), da pressão aplicada, da viscosidade
da água, da espessura do elemento filtrante e do fator de tortuosidade (geometria) do poro. A
expressão seguinte, inter-relaciona esses parâmetros que determinam teoricamente a
eficiência do processo de separação:
J = f rp2 Pf / 8μ θ δm
Onde:
J: fluxo; f: porosidade da membrana; rp: raio médio; Pf: pressão de filtração;
μ:viscosidade absoluta da água; θ: fator de tortuosidade do poro; δm: espessura.
Existem quatro grupos básicos na tecnologia de membranas para a separação de
contaminantes solúveis e insolúveis das águas, quais sejam: microfiltração, ultrafiltração,
nanofiltração e osmose reversa. A retenção física do material particulado é o principal
mecanismo de separação em membranas de microfiltração e ultrafiltração, enquanto que,
processos de exclusão química e/ou difusão preferencial predominam em membranas de
nanofiltração e osmose reversa (SCHNEIDER, 2001).
As características físico-químicos do líquido e grau de purificação desejado
determinam a adequada escolha do tipo de tecnologia de membrana a ser utilizada para
determinada aplicação específica.
34
Além dessas tecnologias que utilizam como força motriz a pressão, outras operações
com membranas são utilizadas para separação de líquidos e gases conforme classificação
mostrada no quadro 1.
Operação da
membrana
Microfiltração
Ultrafiltração
Nanofiltração
Força Motriz
Pressão
Pressão
Pressão
Mecanismo de separação
Osmose reversa Pressão
Pervaporação
Pressão parcial
Stripping
Pressão parcial
Peneiramento
Peneiramento
Peneiramento +
(solução/difusão + exclusão)
Solução/difusão + exclusão
Solução – difusão
Evaporação
Destilação
Temperatura
Evaporação
Diálise
Eletrodiálise
Concentração
Difusão
Potencial elétrico Troca iônica
Estrutura da
membrana
Macroporos(1)
Mesoporos(2)
Microporos(3)
Não porosa
Não porosa
Macroporo
(membrana gasosa)
Macroporo
(membrana gasosa)
Difusão
Troca iônica
Fase
1
2 (5)
L(6)
L
L
L
L
L
(4)
L
L
L
L
G(7)
G
L
L
L
L
L
L
(1) diâmetros superiores a 50 nm; (2) diâmetros entre 2 e 50 nm; (3) diâmetros inferiores a 2 nm: (4) fase 1
refere-se a alimentação; (5) fase 2 refere-se ao permeado: (6) líquido; (7) gás
Quadro 1 - Características operacionais das membranas
Fonte: MANCUSO (2003).
Com relação à aplicabilidade e de acordo com o tamanho de partículas, os processos
com membranas obedecem à seguinte escala, adaptada pelo autor de ilustração cedida pela
Koch Membrane Systems Inc. durante teste-piloto na Reduc.
MEMBRANAS DE FILTRAÇÃO TANGENCIAL
Osmose Reversa
0,0001
Sais
monovalentes
Ultrafiltração
Nanofiltração
0,001 μm
Sais divalentes
Açucares
0,01
Microfiltração
0,1 μm
Vírus
Colóides
Silicatos
Proteínas
Microorganismos
Turbidez
Figura 2 - Escala de porosidade e aplicabilidade de membranas filtrantes
Fonte: O próprio autor.
1 μm
Sólidos
suspensos
10
35
Com relação às faixas operacionais de pressão, vazão, consumo de energia e
eficiência, a tabela 3 apresenta valores típicos em aplicações de tratamento de água.
Tabela 3 - Características típicas de tecnologias de membranas
Tecnologia da
membrana
Pressão
operacional
(kPa)
Microfiltração
7 – 100
Taxa de
fluxo
(L/m2.d)
405 – 1600
Ultrafiltração
70 – 700
405 – 815
Nanofiltração
500 – 1000
200 – 815
Osmose
Reversa
850 – 7000
329 – 490
Material da
membrana
Consumo de
energia
(kWh/m3)
Eficiência de
recuperação
(%)
Polipropileno,
Acrilonitrila,
Nylon, PTFE
Acetato de
celulose,
Poliamidas
aromáticas
Acetato de
celulose,
Poliamidas
aromáticas
Acetato de
celulose,
Poliamidas
aromáticas
0,4
94 – 98
3,0
70 – 80
5,3
80 – 85
18,2
70 – 85
Fonte: O próprio autor, adaptada das tabelas 11-22 e 11-23 de METCALF & EDDY, 2003.
Em resumo, podemos considerar que a utilização de membranas semipermeáveis na
indústria trata-se de uma evolução da operação de clarificação/filtração convencional, em que
substituímos os elementos filtrantes de areia, antracito e outros elementos minerais, por
elementos sintéticos para atender condições mais exigentes. O tipo de membrana utilizada, o
método de aplicação da força motriz e as características da água determinam o tipo de
impureza a ser removida e a eficiência de remoção.
2.2.2.1 Microfiltração
A microfiltração tem como mecanismo de separação o peneiramento e é utilizada para
tratamento de fluidos líquidos. A estrutura das membranas é classificada como macroporosa e
o material de fabricação são polímeros sintéticos de uma forma geral. São as mais numerosas
e baratas do mercado e normalmente feitas de polipropileno, acrilonitrila, nylon e
politetrafluoretileno (PTFE). Sua principal aplicação é para a remoção de material particulado
e coloidal das águas brutas apresentando algumas vantagens sobre sistemas convencionais.
36
A maioria dos sistemas de microfiltração de grande escala disponíveis no mercado são
construídos com fibras ocas e operados por pressão ou sucção (SCHNEIDER, 2001). O
fluxograma de sistemas com membranas filtrantes é bastante simples e consiste basicamente
da unidade de membrana filtrante precedida de um pré-filtro, cuja função principal é evitar
que os módulos da membrana sejam danificados por sólidos suspensos na água bruta.
O exemplo mais clássico de utilização de microfiltração e estudado mais
detalhadamente na literatura é a unidade instalada em 1994 na cidade de Saratoga nos Estados
Unidos, considerado o maior sistema de microfiltração do mundo. Exigia-se a produção de
água potável que atendesse à legislação americana, especialmente com relação aos novos
padrões então estabelecidos para os microorganismos Giárdia e Cryptosporidium. Com prazo
para construção máximo de 12 meses, foram analisadas 4 diferentes tecnologias – filtração
com terra diatomácea, filtração com dois estágios, microfiltração e ultrafiltração. A tecnologia
escolhida foi a de microfiltração com uma vazão de 19.000 m3/d, pois apresentava na época,
custo ligeiramente superior ao tratamento convencional com qualidade de água superior e,
portanto, maior confiabilidade. Foram utilizadas na instalação 90 módulos de membrana em
que cada módulo continha 22.500 fibras ocas de polipropileno com porosidade nominal de 0,2
μm. Como havia ainda a limitação de espaço, os arranjos foram instalados em dois andares,
constituindo-se também em fator de diferenciação para escolha da tecnologia.
Após a captação e pré-filtração através de um filtro de 380 μm, a água é processada
em seis arranjos, cada um equipado com 90 módulos de membrana. A água filtrada é clorada
antes da transferência para a elevatória. O efluente da retrolavagem é lançado em uma lagoa
com capacidade para cerca de 1.000 m3 o que corresponde a um tempo de retenção mínimo de
24h para a sedimentação dos sólidos do efluente da retrolavagem, após a qual a água é
reciclada para a unidade de microfiltração. O efluente da lavagem química é lançado na
canalização de esgoto. A eficiência dessa estação na remoção de turbidez é bastante alta com
valores entre 0,01 a 0,1 NTU (SCHNEIDER, 2001, p. 89).
A importância relativa dos diferentes componentes do custo de operação da planta está
indicada na tabela 4.
Comparação com os custos de operação de uma planta convencional bem maior
operada inteiramente por gravidade, indica que os custos de energia elétrica são muito
maiores na planta de microfiltração (consumo médio de cerca de 0,215 kWh/m3), enquanto
que os custos de produtos químicos são cerca de 30% menores do que na planta convencional.
A planta convencional utilizada para comparação tinha uma capacidade nominal de 87.000
m3/dia.
37
Tabela 4 - Custos de operação e manutenção da planta de microfiltração de Saratoga
Item
Mão de obra
Energia elétrica
Troca de membranas
Proporção (%)
31,6
28,6
22,5
Manutenção e consertos
10,2
Produtos químicos
6,9
Manejo de resíduos
0,2
Comentário
Consumo de cerca de 0,215 kWh/m3 produzido.
Custo estimado baseado em vida útil de seis anos.
Nenhum módulo foi trocado após quatro anos de
operação
Atividades direcionadas primordialmente para
sistemas de pré-tratamento e captação. Custos de
manutenção do sistema de microfiltração foram
mínimos.
Cerca de 30% menores do que em uma planta
convencional
Fonte: GERE (1997 apud SCHNEIDER, 2001, p. 98).
O custo de operação de um sistema de membrana depende muito da vazão de água,
que é estabelecida com base em dados obtidos através de plantas-piloto.
2.2.2.2 Ultrafiltração
A Ultrafiltração é realizada com o emprego de membranas microporosas e neste
processo, consegue-se a separação de partículas na ordem de 1,0 a 100,0 nanomicrons e a
faixa de pressão usada pode variar de 1,0 bar a 5,0 bar. Assim como a microfiltração, sua
principal aplicação se dá no pré-tratamento de água em substituição a clarificadores e filtros
ditos convencionais ou ainda em pré-tratamento a sistemas de osmose reversa. Tem maior
eficiência na remoção de turbidez, materiais coloidais, vírus e microorganismos, dando ao
processo maior confiabilidade para potabilidade da água.
Assim como na microfiltração, módulos de ultrafiltração podem ser construídos em
todas as configurações possíveis para membranas. A maioria dos sistemas de microfiltração
ou ultrafiltração de grande escala disponíveis no mercado são construídos com fibras ocas e
operados por pressão (Memcor, Aquasource, X-Flow, Pall, Koch) ou sucção (Memcor,
Zenon). Cada fabricante adota uma arquitetura e dimensões específicas para seus módulos.
As membranas de micro e ultrafiltração não conseguem reduzir a dureza da água que
somente é removida por nanofiltração e osmose reversa através da separação iônica.
Entretanto, todos os outros contaminantes dissolvidos podem ser separados através de
sistemas integrados com coagulantes, carvão ativado granular ou oxidação para atingir níveis
38
de potabilidade compatíveis com processos mais severos. O sistema de ultrafiltração é uma
barreira física de purificação da água e não depende de precipitação química, filtros de
profundidade ou de atividade biológica como num tratamento convencional. Teoricamente, a
qualidade da água filtrada produzida por unidade depende apenas do tamanho do poro da
membrana a ser utilizada em função do tipo de tratamento desejado. Como o processo de
separação é baseado em tamanho de partículas, grandes variações na água de alimentação, por
exemplo, turbidez, encontrada em cheias de rios não causam variações na qualidade da água
filtrada.
Quando usado como pré-tratamento para alimentar um sistema de osmose reversa, a
ultrafiltração aumenta significativamente a performance do tratamento. Os sistemas de
osmose requerem uma água de baixo SDI (Silt Density Index menor que 3) e a ultrafiltração é
capaz de atingir SDI < 1, proporcionando vantagens como menor custo operacional, menor
custo por metro cúbico de água tratada, aumento da vida útil das membranas de osmose,
diminuição das limpezas químicas do sistema. Segundo experiência da Koch, a vida útil de
uma membrana sujeita ao acúmulo de biofouling1, aumenta de 1 a 2 anos para 5 anos ou mais.
Há um maior rendimento da osmose impactando positivamente nos custos de energia pela
possibilidade de diminuição na pressão de operação. Uma vez que a qualidade da água de
alimentação é superior aos pré-tratamentos convencionais, certamente haverá um aumento da
capacidade de recuperação da osmose. Em águas onde o fouling da membrana é devido a
partículas em suspensão ou colóides, verifica-se um aumento na recuperação de 10 a 15%
(Koch).
Os poros das membranas de ultrafiltração têm aproximadamente de 0,02 a 0,03 micra.
O alto nível de remoção para silicatos e colóides de ferro, manganês, alumínio e outros metais
tornam a ultrafiltração um tratamento ideal tanto para osmose, quanto para nanofiltração,
troca iônica e outros processos de tratamento onde colóides representam um problema.
As membranas são projetadas com diferentes diâmetros de fibras para suportar níveis
variáveis de sólidos suspensos na alimentação. Em pós-tratamento, fibras de 0,5 mm podem
ser usadas, com a vantagem de se ter maior área por cartucho, enquanto fibras de 0,8 a 1,1
mm toleram água com teor mais elevado de sólidos suspensos. Os cartuchos de fibra oca da
Koch chegam a 3 mm de diâmetro.
1
Formação gelatinosa de natureza microbiológica. Este tipo de formação algumas vezes se verifica nas
canalizações, em conseqüência da ação de microorganismos (BRAILE, 1992).
39
A ultrafiltração também permite a remoção quase completa de bactérias, algas, fungos
e vírus.
A tabela 5 indica retenções típicas das membranas de poder de corte entre 10000 e
100000 Dalton da Koch Membrane Systems Inc. testadas em unidade-piloto instalada na
Reduc em 2000.
Tabela 5 - Eficiência de membranas de ultrafiltração
% retenção ou valores de redução logarítmica
Componente
Poder de corte da membrana
10 000 D
100 000 D
Sílica coloidal
99,8 %
99,0 %
Ferro coloidal
99,8 %
99,0 %
Turbidez
99,8 %
99,0 %
Sólidos Suspensos
99,9 %
99,8 %
C. Orgânico Total
70 %
30 %
Partículas
5 log
4 log
Bactéria
6 log
5 log
Endo toxinas
4 log
2 log
Giárdia
6 log
5 log
Vírus
5 log
4 log
Nota: Resultados típicos podem variar de acordo com a natureza do carbono orgânico.
Fonte: Koch Membrane Systems Inc.
O fluxograma de sistemas de tratamento com membranas filtrantes é bastante simples
e consiste basicamente da unidade de membrana filtrante precedida de um pré-filtro, cuja
função principal é evitar que os módulos da membrana sejam danificados por sólidos
suspensos na água bruta. Contaminantes adicionais (cor, metais pesados, ferro manganês)
poderão ser removidos através da dosagem de coagulantes ou carvão ativado granular na linha
de alimentação.
Na Refinaria de Duque de Caxias, no período de 10/01/2000 a 31/01/2000, teste para
tratamento da água bruta de abastecimento foi realizado com unidade-piloto de ultrafiltração.
O teste objetivou viabilizar a clarificação para atendimento à ampliação do parque industrial.
O equipamento utilizado – fotografia no apêndice – foi o HF2 da Koch, automático com
modem para controle a distância, com turbidímetros de entrada e saída e pHmetro de linha.
40
O sistema piloto foi operado no Modo Controle de Vazão. Neste modo o operador
estabelece uma vazão de permeado e um diferencial de pressão e o sistema modula as
pressões de entrada e saída de forma a obter a vazão desejada.
No teste com a água captada da barragem de Saracuruna, devido à baixa turbidez,
decidiu-se operar o sistema sem bombas, ou seja, com a pressão da linha. Já no teste com a
água do rio Guandu, foi utilizada a bomba de recirculação, com diferencial de pressão de 15
psi, já que esta água normalmente tem variações de turbidez que podem chegar a 70 NTU.
Com base nos resultados do teste, a Reduc optou por instalar um sistema de
ultrafiltração com capacidade para 600 m3/h como pré-tratamento para a água deionizada
utilizada nas caldeiras de produção de vapor.
2.2.2.3 Nanofiltração
A Nanofiltração, também chamada de osmose reversa de baixa pressão ou
abrandamento por membranas, situa-se entre a osmose reversa e a ultrafiltração, em termos de
seletividade. É especialmente indicada para o abrandamento de água, na remoção de íons
multivalentes (cálcio e magnésio) e, mais recentemente, no controle de substâncias orgânicas
presentes na água.
Na Nanofiltração, os íons monovalentes são fracamente rejeitados pelas membranas, o
que explica a contrapressão osmótica inferior àquela presente na Osmose Reversa. Como
conseqüência, as pressões operacionais são da ordem de 5 a 15 kg/cm2, ou seja, muito
inferiores às pressões utilizadas em osmose. Nesse processo, através de membranas
microporosas, retiram-se partículas e macromoléculas na grandeza de 0,5 a 5,0 nanomicrons.
2.2.2.4 Osmose Reversa
Iniciada com a dessalinização de água do mar na década de 60, pode-se dizer que a
osmose reversa é a precursora da tecnologia de membranas. Posteriormente, a nanofiltração,
foi utilizada para remoção de dureza de águas de poços na Flórida e remoção de cor na
Noruega já na década de 80 (SCHNEIDER, 2001).
A osmose reversa é uma operação em que o solvente é separado da solução, mediante
sua passagem por uma membrana semipermeável não porosa, desenvolvida para reter sais e
solutos com baixos pesos moleculares.
41
Se uma solução salina concentrada é separada da água “pura” por uma membrana
dessa natureza, a diferença de potencial químico promove a difusão da água do
compartimento com a solução salina, para igualar as concentrações.
No equilíbrio, a diferença de nível entre os líquidos nos dois compartimentos
corresponde à pressão osmótica da solução salina.
Inversamente, para produzir água “pura”, a partir da solução salina, é necessário
superar essa pressão osmótica. Para que isso ocorra de forma economicamente viável, na
prática são utilizadas pressões de, pelo menos, duas vezes a pressão osmótica da solução. Em
dessalinização de água do mar, por exemplo, são empregadas pressões da ordem de 51 a 81
kg/cm2 (MANCUSO, 2003).
A figura 3 ilustra o mecanismo descrito.
Δp = pressão
osmótica
(a)
Solução
salina
Água
dessal
osmose
(b)
Δ
(c)
osmose
reversa
Figura 3 - Princípio da osmose reversa
Fonte: SCHNEIDER (2001).
MARIÑAS (1991) observa que a tecnologia de osmose pode ser muito efetiva na
remoção da maioria dos despejos inorgânicos, orgânicos e contaminantes microbiológicos.
Para o autor, os projetos de uma planta de tratamento de osmose reversa devem incluir os
seguintes processos: (1) condicionamento químico e microfiltração da água de alimentação;
(2) tratamento da membrana; (3) aeração, neutralização e desinfecção do permeado; (4)
tratamento e disposição do concentrado.
A performance das membranas de osmose reversa é afetada pelas condições
operacionais e parâmetros de qualidade da água de alimentação. Pressões hidráulicas mais
altas correspondem a uma maior produtividade de água e remoção de contaminantes. A
performance de membranas de osmose reversa é também influenciada pelos parâmetros de
qualidade da água de alimentação tais como concentração, composição e pH. Fouling de
42
materiais inorgânicos precipitados, macromoléculas orgânicas e microorganismos resultam
em deterioração da performance das membranas e possível falha da planta. A prática de
microfiltração para a carga e condicionamento químico, bem como unidade de limpeza
periódica minimiza os problemas de fouling.
Segundo WILF (2003), a aplicação da tecnologia de osmose reversa nos Estados
Unidos tem sido desenvolvida em paralelo com a melhoria da performance das membranas
comerciais e processos mais econômicos de dessalinização. As primeiras instalações
americanas eram limitadas ao tratamento de águas de poço altamente salinas em áreas de
rápido crescimento da população, principalmente na Flórida. A maioria dos sistemas utilizava
membranas fabricadas à base de acetato de celulose em uma configuração em espiral.
Atualmente os sistemas de osmose reversa, quase que exclusivamente adotam membranas de
poliamidas aromáticas. Com a evolução das tecnologias na fabricação das membranas, a
aplicação dos sistemas de osmose foi sendo também ampliada para purificação de outras
fontes de água, tais como águas superficiais, do mar e até esgotos.
Sistemas de osmose com membranas de acetato de celulose exigiam um prétratamento que incluía a utilização de cloro para protegê-las da degradação biológica. O pH na
alimentação do sistema era mantido na faixa de 5 a 6 para reduzir a taxa de hidrólise da
membrana. Filtros de areia seguidos de filtro de cartucho eram utilizados para reduzir a
concentração de sólidos suspensos e os sistemas de osmose eram projetados para operar com
taxas de recuperação limitadas para manter a concentração de sais solúveis abaixo de seus
limites de saturação. A introdução de membranas de poliamida e o desenvolvimento de
inibidores de incrustração orgânica possibilitaram a simplificação do pré-tratamento com a
eliminação dos filtros de areia, permanecendo somente os de cartucho. O material da
membrana de poliamida não é degradável pela bactéria e tem estabilidade para uma faixa
mais larga de pH. Em função disso, é possível a eliminação da cloração inicial e o pH pode
ser mantido a um nível mais alto do que na utilização de acetato de celulose (WILF, 2003).
Na Petrobras, as refinarias que no momento possuem sistemas de osmose reversa em
operação, ainda não eliminaram os filtros de areia pré-existentes. Tem sido consenso entre os
técnicos da Companhia, entretanto, que unidades novas de osmose sejam precedidas de
sistemas de membrana (micro ou ultrafiltração) como pré-tratamento. Essa filosofia já está
sendo adotada em unidade de 85 m3/h instalada na refinaria de São José dos Campos.
43
2.2.2.5 Eletrodiálise
No processo de eletrodiálise, os componentes iônicos de uma solução são separados
através do uso de membranas seletivas de íons semiperpeáveis. A aplicação de um potencial
elétrico entre os dois eletrodos gera uma corrente elétrica na solução, proporcionando a
migração de anions para o eletrodo positivo (METCALF & EDDY, 2003). Nessas condições,
os cátions passam pelas membranas de cátions, e os ânions pelas membranas de ânions, que
são montadas alternadamente, provocando uma diminuição na salinidade num compartimento
e um aumento no seguinte e, assim, sucessivamente ao longo de todo o equipamento.
Simplificadamente, as membranas não deixam passar os íons de sinais iguais aos
delas, ou seja, ânions não atravessam as negativas e cátions não atravessam as positivas.
Segundo LA GREGA et al. (1994 apud MANCUSO, 2003), os sistemas típicos de
eletrodiálise operam em pressões entre 2,8 e 4,2 kg/cm2, e 90% da água presente na solução
afluente são aproveitados, enquanto 10% ficam incorporados no concentrado.
Diferentemente dos demais processos de separação por membranas, o processo de
eletrodiálise utiliza como força-motriz a corrente elétrica. Todas as plantas de eletrodiálise
recentemente construídas para a produção de água potável, por empresas de saneamento
básico são sistemas de operação contínua que utilizam a tecnologia da eletrodiálise reversa.
Os requerimentos de pré-tratamento da água de alimentação são os mesmos da osmose
reversa, com maior tolerância para desvios dos valores ideais de parâmetros chaves e o
rendimento de sistemas comerciais utilizados na produção de água potável, varia entre 77% e
85% (SCHNEIDER, 2001).
Uma evolução desse processo é denominada Eletrodeionização Contínua para
obtenção de água ultrapura. Essa nova tecnologia é uma combinação de eletrodiálise e troca
iônica, resultando num processo de separação de íons da água ao mesmo tempo em que as
resinas são continuamente regeneradas pela corrente elétrica aplicada na unidade.
Com relação à sua aplicação, a empresa Ondeo Degrémont Brasil, pertencente ao
Grupo Suez, um dos líderes mundiais em projeto, instalação e operação de sistemas de
tratamento de água, sugere uma cadeia evolutiva (figura 4) para a produção de água de alta
qualidade para make-up de caldeira com a utilização da Eletrodeionização em substituição ao
trocador de leito misto precedida de 2 estágios de osmose reversa. Como vantagens na
substituição são apontados a eliminação da necessidade de produtos químicos, a operação
44
contínua, utilização de menor espaço, eliminação de rejeito de neutralização, maior qualidade
da água produzida com até 0,063 μS/cm e menor custo operacional.
CADEIA ATUAL
Pré-Tratam.
Conv. ou UF
Osmose
Reversa
1o Passo
Osmose
Reversa
2o Passo
Trocador
Leito Misto
CADEIA PROPOSTA
Pré-Tratam.
Conv.ou UF
Osmose
Reversa
1o Passo
Osmose
Reversa
2o Passo
EDI
Eletrodeionização
Figura 4 - Cadeia evolutiva de tratamento com eletrodeionização
Fonte: HILSDORF (2003).
2.3 GERAÇÃO E TRATAMENTO DE EFLUENTES EM REFINARIAS
O processo de refino de petróleo inclui várias etapas para produção dos diversos
produtos finais. A geração dos despejos líquidos em cada uma dessas etapas apresenta uma
grande variação, tanto em termos quantitativos quanto qualitativos. Dependente, portanto, das
características do petróleo processado, a variabilidade dos efluentes gerados nas refinarias
dificulta o estabelecimento de uma composição típica, sendo esse o principal desafio
enfrentado na operação de estações de tratamento.
Como são grandes consumidoras de água e, não sendo a água incorporada ao produto,
as refinarias de petróleo são também grandes geradoras de efluentes hídricos.
45
Grande parte dos descartes das refinarias é gerada no próprio sistema de tratamento,
tanto da água quanto dos efluentes e as quantidades de efluentes líquidos geradas apresentam
certa proporcionalidade com a capacidade de processamento.
PIRAS (1993), utilizando dados da Petrobras daquele ano, sugeria uma relação linear
entre efluente produzido e capacidade de refino, como mostra a figura 5. Embora não seja
esclarecido no trabalho de PIRAS (idem), é possível que os três pontos desviados da curva
estejam associados a paradas programadas que diminuem a carga processada. Observa-se
nesse gráfico, que a relação é tanto menor quanto maior a capacidade de refino.
efluente produzido / oleo processado
2
1,5
1
0,5
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
CAPACIDADE DA REFINARIA (m3/d)
Figura 5 - Relação da geração de efluentes nas refinarias da Petrobras em 1985
Fonte: PIRAS (1993).
Dados do ano de 2002 apresentados na tabela 6 corroboram as premissas de PIRAS,
após sucessivas intervenções nas unidades para modernização das instalações. Na elaboração
da tabela, os volumes de petróleo processado no ano obtidos em publicação da Agência
Nacional de Petróleo são transformados em vazões médias diárias.
46
Tabela 6 - Geração de efluentes das refinarias em 2002
Refinaria
Ano 2002
Lubnor
Reman
Recap
Repar
Refap
Revap
Regap
Rlam
Rpbc
Reduc
Replan
Início da
atividade
1966
1957
1954
1977
1968
1980
1968
1950
1955
1961
1972
Processado
(m3)
339.735
2.605.558
2.496.513
11.093.622
6.113.408
11.290.633
7.243.645
11.730.311
8.868.567
11.181.325
18.783.493
Processado
(m3/d)
930
7.139
6.840
30.393
16.749
30.933
19.845
32.138
24.297
30.634
51.461
Efluentes
(m3/d)
749
3.543
2.787
8.064
7.149
10.970
7.585
13.834
25.918
25.749
12.995
Efluente/
óleo
0,805
0,496
0,407
0,265
0,427
0,355
0,382
0,283
1,067
0,841
0,253
Fonte: PETROBRAS e ANP (2003).
Tem-se observado ao longo do tempo uma melhora sensível na relação efluente/óleo
processado, fruto de melhorias implementadas durante projetos de modernização nos últimos
anos.
2.3.1 Tratamentos Convencionais
Os efluentes aquosos das refinarias de petróleo contêm uma grande diversidade de
poluentes incluindo, óleo, fenóis, sulfetos, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, metais etc.
A quantidade desses poluentes depende da natureza do petróleo processado e do tipo de
processo utilizado nas etapas de refino. Por exemplo, processos que empregam craqueamento
produzem mais quantidade de fenóis do que processos de produção de combustíveis menos
severos quimicamente.
A grande variedade de arranjos nos processos das refinarias e a variação de cargas
utilizadas tornam extremamente difícil predizer ou definir uma composição média de seus
efluentes. Entretanto, todas empregam uma ou mais unidades de processo similares, tais como
destilação, craqueamento térmico e/ou catalítico, desulfurização e outros, o que possibilita
conhecer o tipo de poluente produzido por cada unidade e, portanto, a operação unitária de
tratamento pode pelo menos ser analisada (BEYCHOK, 1967).
A USEPA (US Environmental Protection Agency), órgão ambiental americano ao
desenvolver um guia para padrões de performance de tratamento de efluentes para redução de
poluentes, com o título Development Document for Proposed Effluent Limitations Guidelines
47
and New Source Performance Standards for the Petroleum Refining, classificou as refinarias
de petróleo em 6 subcategorias de acordo com a carga dos efluentes e dos tipos de processo,
justificando a utilização de grupos de produção. Esse estudo, elaborado para inclusão na
Federal Water Pollution Control Act of 1972, incluiu um total de 247 refinarias americanas
com produção total de 14 milhões de barris de petróleo por dia. Uma das conclusões foi a de
que todas as 6 subcategorias geram efluentes hídricos que contêm constituintes similares.
Entretanto, a concentração e carga desses constituintes, denominados “carga efluente bruta”,
variam nas subcategorias.
As tecnologias de tratamento e controles existentes, conforme praticada pela indústria,
incluem tanto o tratamento do efluente final, denominado end-of-pipe, quanto o prétratamento interno ao processo, in-plant. Muitas das correntes internas individuais tais como
águas ácidas oriundas do craqueamento ou da destilação, têm um efeito altamente prejudicial
ao tratamento biológico. Conseqüentemente, essas correntes individuais são pré-tratadas antes
de serem direcionadas às estações de tratamento de efluentes da refinaria.
As instalações de coleta, segregação e tratamento dos efluentes líquidos podem,
didaticamente ser classificadas em 2 grupos: um considerado como pré-tratamento que é
realizado internamente nas etapas de processo para eliminação de contaminantes específicos
àquele processo e outro mais geral referente ao tratamento da mistura das correntes finais de
cada processo unitário, denominados tratamentos fim-de-linha. Quase todas as refinarias
possuem um ou mais separadores gravimétricos de água-óleo sendo esse equipamento
considerado como a linha divisória entre o tratamento interno (in-plant treatment) e o
tratamento fim de linha (end-of-pipe).
Os pré-tratamentos usuais e mais importantes são a retificação ou estripagem (arraste)
com vapor de correntes de águas acres para eliminação de amônia e sulfetos, a oxidação e a
neutralização de correntes cáusticas oriundas do tratamento para especificação de produtos
combustíveis.
Os tratamentos de fim de linha são geralmente feitos em duas etapas, conhecidas como
primária para retirada de óleo livre e sólidos sedimentáveis e uma etapa secundária para
materiais emulsionados e dissolvidos na corrente aquosa. O tratamento primário consiste da
separação do óleo, água e sólidos em dois estágios. Durante o primeiro estágio, um separador
API, um interceptor de placas corrugadas ou outro tipo de separador é utilizado. O efluente
atravessa o separador em baixa velocidade para permitir a flotação do óleo que então é
retirado da superfície por um sistema de skimming enquanto os sólidos sedimentados no fundo
são também raspados para retirada do sistema.
48
Os chamados tratamentos secundários compreendem a coagulação química, flotação a
ar e processos biológicos tais como, lagoas de oxidação, filtros biológicos, processos de lodo
ativado, bacias de aeração e mais recentemente processos com membranas. Nessa etapa, o
óleo dissolvido e outros poluentes orgânicos são consumidos biologicamente por
microorganismos, gerando uma biomassa residual que após tratada anaerobicamente pode
então ser descartada.
Como dito anteriormente, os efluentes hídricos variam em quantidade e qualidade de
refinaria para refinaria, entretanto, são tratáveis até níveis considerados adequados para os
órgãos fiscalizadores do meio ambiente. Fatores locais como clima, critérios de descarga,
disponibilidade de área, ou outras considerações locais determinam o processo de tratamento
para alcançar um efluente final aceitável. Assim, podemos dizer que o tratamento dos
despejos líquidos das refinarias, objetiva a obtenção do máximo possível de recuperação de
óleo e minimização da descarga de outros poluentes.
A quantidade de efluente a ser tratada depende fundamentalmente de práticas internas
do processo.
Existem dois tipos de práticas internas que reduzem a vazão dos efluentes para o
sistema de tratamento: primeiro, práticas de reúso que envolvem a água de algum processo em
outro processo, como por exemplo, a utilização do condensado das torres de stripper para
makeup das dessalgadoras, ou ainda, a utilização do blowndown de caldeiras de alta pressão
na alimentação das caldeiras de baixa pressão. A segunda prática trata-se de sistemas de
reciclo que usam a água mais de uma vez para o mesmo propósito, como por exemplo, o uso
de vapor condensado na reposição de caldeiras e torres de resfriamento. A redução ou
eliminação de uma corrente de efluente permite que processos end-of-pipe sejam menores e
mais econômicos. Uma vez que nenhum processo de tratamento consegue alcançar 100% de
remoção, a redução na vazão proporcionará uma menor descarga de poluente (EPA 440/173/014).
2.3.2 Tratamento com Membranas
Existem três tipos de configurações diferentes de incorporação de membranas no
tratamento de despejos: bioreatores com separação por membranas, bioreatores com aeração
por membranas e bioreatores com extração por membranas (STEPHENSON et al., 2000 apud
SCHNEIDER, 2001).
49
Uma vez que os bioreatores com separação são os únicos comercializados, há mais
informações sobre essa tecnologia e, no presente trabalho nos ateremos a eles.
Os primeiros trabalhos sobre bioreatores com membrana para retenção de sólidos, para
o tratamento de esgotos foram publicados no final da década de 60. Nessa época também foi
introduzido no mercado, o primeiro sistema comercial de membranas para tratamento de
águas residuárias. Nesses primeiros trabalhos, foi utilizada a configuração de acoplamento
externo de módulos de ultrafiltração com circulação do conteúdo do reator pela membrana.
Essa configuração, até hoje, predomina em sistemas comerciais de pequena e média
escala, para tratamento de efluentes industriais. Em termos de processo, é uma configuração
semelhante a de um lodo ativado convencional em que os decantadores secundários são
substituídos pela instalação das membranas. Com isso, o lodo de retorno ao tanque de aeração
atinge concentrações de até 15000 mg/L aumentando a eficiência do tratamento biológico.
Para facilitar o entendimento dessa configuração, apresentamos, na figura 6,
fluxograma simplificado da instalação de piloto em uma refinaria da Petrobras proposto pela
Zenon em 2000, com objetivo de tornar o efluente da refinaria possível de reutilização nas
torres de resfriamento. É um processo patenteado com o nome ZenoGem® desenvolvido em
conjunto com a General Motor Corporation de forma a reduzir a complexidade e custo do
tratamento de efluente.
Retorno de lodo
Alimentação
de efluentes
Soprad
Bioreator
Lodo
Efluente
Ultrafiltração
Figura 6 - Processo MBR ZenoGem
Fonte: O próprio autor.
50
Para SCHNEIDER (2001), o início da comercialização de reatores biológicos com
membranas submersas, no início dos anos 90, viabilizou a utilização de reatores de membrana
no mercado de tratamento de esgotos municipais.
Bioreatores com membranas para retenção de sólidos, de um modo geral, são
bioreatores convencionais, aeróbios ou anaeróbios, acoplados a um sistema de membrana de
microfiltração ou ultrafiltração que permite a retenção completa dos sólidos suspensos e da
biomassa.
Essa configuração, torna a operação do reator independente da eficiência do
decantador secundário e permite atingir concentrações de biomassa muito mais elevadas do
que em sistemas de lodos ativados convencionais, conforme constatado na tabela 7.
Tabela 7 - Comparação de reator de membrana com lodo ativado convencional
Parâmetro
Biomassa (g/L)
kg DQO/m3d
kg DBO/m3d
kg NH3/m3d
A/M (kgDQO/kgMLSS.d)
Tempo de residência de biomassa (d)
Produção de lodo (kg lodo seco/kg de
DQO)
A/M (0,5 a 1,0)
A/M (0,1 a 0,2)
Diâmetro médio dos flocos (μm)
Tempo de residência hidráulica (h)
Reator de membrana
15 – 25
2,6 – 5,0
1,5 – 2,5
0,2 – 0,4
< 0,1
30 – 45
Lodo ativado convencional
1,5 – 4
< 1,0
< 0,5
< 0,07
0,2 – 0,6
5 – 15
0,46
0
3,5
2
0,6
-20
3–8
Fonte: METCALF & EDDY (1991).
A outra configuração possível para utilização de reatores a membrana para tratamento
de despejos é através da imersão das membranas no próprio reator biológico (figura 7). Nesse
caso, é eliminada a construção de um tanque, o que pode significar alguma economia de
investimento.
No Brasil, próximo à cidade de São Paulo, há em operação um excelente exemplo da
aplicação dessa tecnologia. Trata-se de um parque temático localizado junto a um córrego
classificado como de classe 2 por Decreto Estadual, o que só possibilitava sua implantação
adotando-se como ponto de partida a hipótese de descarte zero do efluente no corpo receptor.
Para atingir o objetivo, foi concebido um projeto em que a água potável consumida no parque
é proveniente de poços profundos, enquanto que o esgoto gerado nos sanitários, bares e
51
restaurante é captado numa rede que o conduz a um tanque de homogeneização, para posterior
tratamento em uma estação de lodos ativados, não convencional, do tipo MBR, com
separação da biomassa feita com membranas de microfiltração do tipo oco (hollow fiber) e
lodo excedente secado em filtro prensa. A água tratada do reator MBR é então desinfectada
com hipoclorito de sódio, corrigido o pH e armazenada em reservatório central de água de
reúso. Parte de sua vazão é utilizada nas descargas sanitárias e outra parte como rega de
jardins e gramados do parque.
Alimentação
Efluente
Membrana
submersa
Aeração
Figura 7 - Membrana submersa em reator biológico
Fonte: O próprio autor.
Ainda, segundo SCHNEIDER (2001), o mercado de reatores de membranas de grande
porte, os chamados MBR’s (Membrane Bioreactors) para tratamento de esgotos domésticos, é
disputado no momento por duas empresas, a canadense Zenon e a japonesa Kubota. As duas
empresas empregam configurações diferentes de membranas no reator.
Os reatores da Zenon são baseados em fibras ocas constituídas de um polímero
resistente ao cloro com porosidade nominal de 0,1 μm. Um módulo consiste de fibras ocas
montadas em uma moldura vertical com extração de filtrado pelas duas extremidades das
fibras. A área de membrana por módulo é de 14 m2 no módulo ZW-150 e de 46 m2 no módulo
ZW-500. Um conjunto de módulos forma um cassete, que é a unidade de membrana imersa
no reator. A área de membrana por cassete é de 168 m2 no caso dos módulos mais antigos e
de 368 m2 nos módulos mais recentes.
52
A Kubota emprega módulos com placas em seus reatores. Cada módulo contém 150
placas, com 0,8 m2 de área útil de membrana afixadas nos dois lados de uma armadura de
fibra de vidro, separadas por uma estrutura porosa de suporte resistente que funciona como
canal de coleta do filtrado. A pressão de operação é gerada pela pressão hidrostática da água
do reator. O espaço entre as membranas de módulos adjacentes, de cerca de 6 a 8 mm,
permite a aeração e recirculação do lodo. A aeração é feita por meio de difusores instalados na
base dos módulos e o fluxo de projeto varia entre 17 a 30 L/m2h.
O custo de operação de reatores de membrana diminuiu consideravelmente entre 1990
e 2000, principalmente devido à redução do custo das membranas conforme ilustrado na
figura 8. Para a elaboração da figura são adotados valores em US$ por metro quadrado de
membranas produzidas pela empresa Kubota.
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1988
1992
1996
2000
2005
Figura 8 - Custo de membrana 1991-2003
Fonte: O próprio autor, adaptado de CHURCHOUSE & WILDGOOSE (1999).
Para SCHNEIDER (2001), o aumento da concorrência no setor e o aumento da escala
dos sistemas instalados, garantem a continuação da tendência de redução de custos dos
reatores de membrana, nos próximos 10 a 15 anos.
Uma questão importante com grande influência na análise econômica é a capacidade
máxima de tratamento instalada. No Reino Unido, as plantas de tratamento convencionais são
projetadas para tratamento de até três vezes o volume típico de esgotos em dias sem chuva,
enquanto que na Alemanha, essa margem é reduzida para duas vezes o fluxo em dias sem
53
chuva. O fluxo médio através da planta, porém, é de cerca de 1,4 vezes a vazão em tempo
seco (DAVIES et al., 1998)
Atualmente, o custo de reatores de membrana submersos novos é competitivo com
sistemas convencionais de tratamento novos, até vazões de cerca de 50.000 m3/dia, em casos
onde o espaço disponível é limitado ou em regiões onde há limites mais severos para a
qualidade de efluentes secundários (CHURCHOUSE & WILDGOOSE, 1999 apud
SCHNEIDER, 2001). Essa análise comparativa é mais favorável para reatores de membrana,
quando se estuda o aumento da capacidade de tratamento de sistemas de lodo ativado
convencional. Quanto aos custos de operação os dois são muito próximos, conforme
evidenciado nas tabelas 8 e 9, referentes à ampliação de uma instalação de tratamento de
esgotos domésticos com capacidade de 3.785 m3/dia para 20.060 m3/dia.
Tabela 8 - Comparação de custos de investimento de lodo ativado e MBR ZenoGem
Item
Construção civil
Estruturas, tanques novos
Instalações complementares
Trabalhos de arquitetura
Equipamentos
Equipamentos de processo
Tubulações
Drenagens
Outras despesas
Instalações elétricas
Despesas de contratos
Montagem e partida
Lodo ativado
convencional (US)
Reator de
membrana
ZenoGem (US$)
6.000.000
200.000
1.300.000
1.200.000
200.000
50.000
8.850.000
1.450.000
650.000
10.656.000
325.000
300.000
755.000
400.000
190.000
1.200.000
190.000
425.000
Outros equipamentos +
2.725.000
contingência (15%)
Sub-total
24.320.000
Projeto e supervisão
3.130.000
Aquisição de área
1.500.000
Custo total
28.950.000
Economia proporcionada pelo reator de membrana
Fonte: MOURATO et al. (1996 apud SCHNEIDER, 2001).
1.058.601
14.804.601
1.000.000
0
14.804.601
US$ 14.145.399
Comentários
Custo reduzido do sistema
ZenoGem devido ao uso
de tanques pré-existentes
Inclui aumento da
capacidade de tratamento
do lodo
O sistema ZenoGem
produz
1/3 do lodo do sistema
convencional
54
Tabela 9 - Comparação dos custos de operação para lodo ativado e MBR ZenoGem
Item
Manutenção:
Bomba de recirculação de lodo
Decantadores
Outras bombas
Aeradores
Outros equipamentos
Troca de membranas
Eletricidade
Mão de obra:
Operação
Manutenção
Produtos químicos
Alumínio para redução de P
Floculantes
Tratamento de lodo:
Adensamento
Disposição final
Total
Reator de membrana
ZenoGem®
Lodo ativado
convencional
0
0
1
1
1
1
0,85
1
1
1
1
1
0
1
0,5
0,5
1
1
0,1
0
1
1
0,5
0,3
1
1
1
1
Fonte: MOURATO et al. (1996 apud SCHNEIDER, 2001).
2.4 UTILIZAÇÃO DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE REFINO DE PETRÓLEO
2.4.1 Principais Aplicações
Uma vez considerado um bem de valor econômico, a água passa a ter valoração
diferenciada de acordo com sua disponibilidade e aplicação.
Quando a água é matéria-prima de um insumo e, portanto componente do produto
final (indústria alimentícia, irrigação) deve lhe ser dada uma importância que não a mesma na
sua aplicação como fluido de refrigeração ou em usos não consuntivos como recreação e
lazer, navegação, pesca ou ainda como corpo receptor para diluição de efluentes.
A classificação da água, segundo seu uso, é feita da seguinte forma (BARTH, 1987
apud SETTI et al. 2001):
55
a) Uso consuntivo: irrigação; abastecimento doméstico; abastecimento industrial;
dessedentação de animais; aqüicultura; e geração de energia elétrica.
b) Uso não consuntivo: navegação; recreação e lazer; pesca; assimilação de efluentes;
e preservação ecológica.
Na indústria, a água propicia vários usos: solventes de sólidos, líquidos e gases na
indústria química; matéria prima na indústria de bebidas; lavagem e suspensão de materiais na
indústria metalúrgica; aquecimento na indústria de alimentos; e insumo para refrigeração e
geração de vapor em praticamente todos os setores industriais (PONTES, 2000, p. 211).
PERES (2003) apresenta durante sua dissertação de mestrado a seguinte tabela sobre
uso da água na indústria em geral:
Tabela 10 - Uso de água na indústria
Ramo
Tipo
Alimentícia
Lacticínio (leite)
Cervejaria
Refrigerantes
Couro e curtume
Polpa e papel
Curtume
Popa e papel
integrados
Vidro
Borracha
Borracha sintética
Amônia
Fundição
Laminação
Ferro
Carvão
Indústrias químicas
Metalúrgicas
Minerações
Unidade
1.000 litros de leite
1.000 litros de cerveja
1.000 liitros de
refrigerante
1 ton de pele
1 ton de produto
1 ton de vidro
1 ton de produto
1 ton de produto
1 ton de produto
1 ton de gusa
1 ton de produto
1 m3 de minério lavado
1 ton de carvão
Uso de água
por unidade (m3)
1 – 10
5 – 20
2–5
20 – 40
200 – 250
3 – 30
100 – 150
500
100 – 130
3–8
8 – 50
16
2 – 10
Fonte: SPERLING (1966 apud PERES, 2003).
Quanto às refinarias, a tabela 11 apresenta os seguintes dados para o ano de 2001:
56
Tabela 11 - Uso de água em refinarias da região sudeste em 2001
Refinaria
A
B
C
D
E
F
(X) Captação média de
água bruta (m3/mês)
1.073.978
569.329
183.372
715.348
1.121.766
1.158.354
(Y) Processamento médio
de petróleo (m3/mês)
857.460
631.623
222.822
1.092.653
752.680
1.566.871
(X/Y)
1,25
0,90
0,82
0,65
1,49
0,74
Fonte: PERES (2003).
Das tabelas apresentadas verifica-se que, muito embora as refinarias de petróleo
utilizem grandes quantidades de água, seu alto consumo está associado basicamente ao grande
volume de produção. Apresenta de uma forma geral, a menor relação tonelada de água por
tonelada de produto comparativamente aos principais ramos das indústrias de grande porte.
Cerca de 60 a 80% da água efetivamente consumida na indústria é devido ao seu uso
como fluido de resfriamento (SETTI et al, 2001 apud PERES, 2003).
A tabela 12 apresenta o uso da água em um complexo petroquímico, localizado no
Sudeste Asiático, constituído por uma refinaria, com capacidade de processamento de
550.000 barris por dia, 18 plantas petroquímicas, que produzem olefinas, etileno, benzeno,
tolueno, xileno, polietileno, polipropileno, para-xileno e estireno, e 12 sistemas de tratamento
de efluentes.
Tabela 12 - Uso de água em complexo petroquímico do sudeste asiático
Tipo de uso
Alimentação de caldeiras
Unidades de processo
Lavagens e contra-lavagens
Água potável
Alimentação de torres de resfriamento
Obras e água de incêndio
Total
Fonte: HIGGINS (1995, p. 497).
Uso de água (m3/h)
500
268
125
150
1.238
290
2.571
%
20
10
5
6
48
11
100
57
2.4.2 Métodos e Tecnologias para Reuso
Uma vez que a relação demanda/oferta de água tem-se mostrada cada vez mais
desfavorável, especialmente, em regiões de maior desenvolvimento industrial, urbano e
agrícola, torna-se necessário o estabelecimento de políticas adequadas e sistemas de gestão
efetivos para preservação desses recursos.
Apontado por diversos autores como um dos principais instrumentos de gestão para
garantia de oferta dos recursos hídricos (MANCUSO e SANTOS, 2003; HESPANHOL,
1999), o reúso de água pode ser utilizado a partir de diversas tecnologias já consagradas.
Diversos são os instrumentos, os mecanismos e as tecnologias a serem empregados no trato
dessa questão, porém vários deles carecem de estudos e investigações que auxiliem o seu
melhor emprego e produzam resultados sanitários, ambientais e econômicos satisfatórios
(PHILIPPI JR., 2003).
O reúso de água, segundo BRAGA FILHO (2003), subentende uma tecnologia
desenvolvida em maior ou menor grau, dependendo dos fins a que se destina a água e de
como ela tenha sido usada anteriormente. O que dificulta, entretanto, a conceituação precisa
da expressão “reúso de água”, segundo BRAGA FILHO (idem), é a definição do exato
momento a partir do qual se admite que o reúso está sendo feito.
O autor exemplifica com a captação de água por uma comunidade em um rio contendo
os esgotos de uma grande metrópole e uma outra cidade às margens de outro grande rio onde
apenas algumas pessoas despejam esgotos. Nesse caso, existem diferenças em termos de
diluição, distâncias percorridas pelos efluentes e fatores naturais referentes à recuperação da
qualidade desses rios. Sendo assim, é impossível determinar o preciso instante em que foi
iniciado o reúso da água.
Portanto, num exemplo hipotético de comunidades que utilizam água de um rio que
recebe quantidades crescentes de esgoto, não há sentido em identificar como reúso a situação
da comunidade que capta água cuja diluição possa ser caracterizada, em termos práticos,
como infinita. O outro extremo é o da reutilização de esgoto para fins potáveis sem dispô-lo
antes no meio ambiente, situação classificada por alguns autores como o de reúso potável
direto (BRAGA FILHO, idem).
58
A Organização Mundial da Saúde – OMS (1973) classifica reúso com os seguintes
conceitos:
− Reúso indireto: ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes para uso
doméstico ou industrial, é descarregada nas águas superficiais ou subterrâneas e
utilizada novamente a jusante.
− Reúso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para certas
finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aqüífero e água potável.
− Reciclo interno: é o reúso da água internamente a instalações industriais, tendo
como objetivo a economia de água e o controle da poluição.
O termo reciclo é definido como o reúso interno da água para o uso original, antes de
sua descarga em um sistema de tratamento ou outro ponto qualquer de disposição. Por outro
lado, o termo reúso é utilizado para designar descargas de efluentes que são
subseqüentemente utilizados por outros usuários, diferentes do original.
Nessas condições, o reúso planejado direto da água para fins potáveis pode ser
classificado como reciclo, desde que os efluentes tratados sejam utilizados novamente pela
mesma entidade que os produziu, num circuito fechado.
CECIL (apud LAVRADOR FILHO, 1987), referindo-se ao reúso de água na indústria,
distingue o termo reúso direto da palavra reciclagem da seguinte maneira: reúso direto diz
respeito a
águas que, tendo sido poluídas pela atividade humana, não tenham sido misturadas
com águas naturais; o uso de águas provenientes de outras indústrias ou sistema
público é um reúso direto das águas, se estas não tiverem sido misturadas com águas
naturais.
Portanto, para o autor a reciclagem não é propriamente um reúso, e sim, um caso
especial deste. Ou seja, os efluentes gerados são recuperados para o mesmo uso.
LAVRADOR FILHO (idem) sugere a seguinte terminologia para efeito de
uniformização de linguagem:
a) Reúso de água: é o aproveitamento de águas previamente utilizadas, uma ou mais
vezes, em alguma atividade humana, para suprir as necessidades de outros usos
benéficos, inclusive o original. Pode ser direto ou indireto, bem como decorrer de
ações planejadas ou não planejadas.
59
b) Reúso indireto não planejado de água: ocorre quando a água, já utilizada uma ou
mais vezes em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e
novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e
não controlada.
c) Reúso planejado de água: ocorre quando o reúso é resultado de uma ação humana
consciente, adiante do ponto de descarga do efluente a ser usado de forma direta
ou indireta. O reúso planejado de águas pressupões a existência de um sistema de
tratamento de efluentes que atenda aos padrões de qualidade requeridos pelo novo
uso que se deseja fazer da água. O reúso planejado também pode ser denominado
“reúso intencional da água”.
d) Reúso indireto planejado de água: ocorre quando os efluentes, depois de
convenientemente tratados, são descarregados de forma planejada nos corpos
d’água superficiais para serem utilizados à jusante em sua forma diluída e de
maneira controlada, no intuito de algum uso benéfico.
e) Reúso direto planejado de água: ocorre quando os efluentes, após devidamente
tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do
reúso. Assim, sofrem em seu percurso os tratamentos adicionais e armazenamentos
necessários, mas não são, em momento algum, descarregados no meio ambiente.
f) Reciclagem de água: é o reúso interno da água, antes de sua descarga em um
sistema geral de tratamento ou outro local de disposição, para servir como fonte
suplementar de abastecimento do uso original. É um caso particular do reúso
direto.
Já outros autores, como WESTERHOFF (1984), tentam simplificar tais conceitos
classificando reúso de água em potável e não potável, simplesmente. Por sua praticidade e
facilidade, essa classificação foi adotada pela Associação Brasileira de Engenharia Sanitária
(ABES), seção São Paulo, tendo sido amplamente divulgada em sua série Cadernos de
Engenharia Sanitária e Ambiental em 1992.
60
GOMES (2002) em sua tese de mestrado intitulada Procedimentos para Minimização
de Efluentes Aquosos, adotou terminologia e conceitos para o reúso que consideramos os mais
adequados para o entendimento da aplicação das metodologias e tecnologias utilizadas na
indústria:
a) Reúso: caracteriza-se pela utilização do efluente em mais de uma operação unitária
de forma seqüencial sem que haja qualquer intervenção no fluido, conseguindo-se
atender à operação seguinte e reduzir o consumo de água primária (figura 9a).
b) Regeneração com reúso: nesse caso há uma intervenção no efluente antes da
utilização na operação seguinte. Normalmente, é feita a remoção parcial de
contaminantes, havendo além do benefício da redução do consumo de água
primária e do volume de efluente final, a diminuição da carga poluidora (figura
9b).
c) Regeneração com reciclo: após intervenção para remoção do contaminante, o
efluente retorna para o mesmo processo que o originou. Também nesse caso,
haverá o beneficio da redução de carga poluidora (figura 9c).
61
OPERAÇÃO 1
água
primária
rejeito
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 3
(a)
OPERAÇÃO 1
agua
primária
rejeito
OPERAÇÃO 2
REGENERAÇÃO
OPERAÇÃO 3
(b)
OPERAÇÃO 1
rejeito
OPERAÇÃO 2
REGENERAÇÃO
agua
primária
OPERAÇÃO 3
(c)
Figura 9 - Minimização de água
Fonte: GOMES (2002).
GOMES (idem) alerta para a importância de diferenciar a regeneração com reúso da
regeneração com reciclo, uma vez que no reciclo poderá ocorrer o acúmulo de contaminantes
indesejáveis não removidos na regeneração.
62
Uma vez estabelecidos os conceitos de reúso de água, podemos então abordar os
métodos, práticas e técnicas mais aplicadas no segmento industrial e sua viabilidade nas
refinarias de petróleo brasileiras, que em última análise é um dos objetivos da pesquisa.
Na abordagem que faz sobre minimização de efluentes de refinarias, FRAYNE (1992)
aponta os limites mais rígidos dos órgãos de controle americanos, NPDES (National Pollutant
Discharge Elimination System), TCLP (Toxic Characteristic Leaching Procedure) e NESHAP
(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants) como os principais motivadores
do ressurgimento do interesse em reúso de água tornando-a uma opção atrativa. A maioria da
literatura sobre práticas de reúso, inclusive o Manual sobre Reúso de Água do Instituto
Americano de Petróleo (API’s Manual on Water Reuse), foi lançada em meados dos anos 70
após o estabelecimento de legislação específica (Clean Water Act) pela EPA, quando o
interesse na zero discharge atingiu seu pico. Na ocasião, predominavam as aplicações
primárias de efluentes municipais nos setores de irrigação agrícola e recreacional, sendo que o
principal interesse com esta água reutilizada dizia respeito ao controle da possível
contaminação por vírus, bactérias e patogênicos.
Ao abordar tecnologias de reúso, MANCUSO (2003) lista várias operações unitárias
utilizadas tradicionalmente no tratamento de água para utilização industrial e enquadramento
de efluentes em corpos hídricos como tecnologias de reúso. Ou seja, devemos entender que
não há tecnologias de tratamento desenvolvidas especificamente objetivando o reúso da água.
As tecnologias utilizadas em reúso são um conjunto de operações unitárias conhecidas
podendo formar diversos arranjos seqüenciais para atender a objetivos específicos, dentre os
quais o reúso de água. Portanto, quando se trata de reúso de água, dada a grande variabilidade
da fonte, que pode ser desde esgoto bruto até despejos razoavelmente diluídos, como da
própria finalidade a que se destina o efluente tratado, ou tipo de reúso pretendido, é grande
também a variedade de sistemas, ou seqüências de processos possíveis de serem concebidos.
O tratamento secundário dos esgotos urbanos de uma comunidade, por exemplo, pode ser tão
somente uma fase de um sistema de tratamento de reúso.
A Veolia-USFilters ao oferecer serviços de engenharia para indústria de petróleo,
sintetiza através do Recycle/Reuse Technology Map, seqüências possíveis para reúso de água
na indústria evidenciando as tecnologias usuais como mostra a figura 10.
63
1
2
Remoção de
Óleo e Graxa
3
Remoção
Inorgânica
4
Tratamento
Biológico
Tratamento
Terciário
5
Esgoto
Recuperação
de
Óleo
Pré-tratamento p/
desmineralização
Manipulação
de
Sólidos
9
Desmineralização
8
Torre de resfriamento
Processo/Fabricação
Água de incêndio
Utilidades
6
7
Concentrador
Salmora
Disposição/
Recuperação
Alimentação
da Caldeira
Figura 10 - Seqüência de reúso proposta pela Veolia
Fonte: O próprio autor, adaptado de catálogo do fornecedor.
Cada uma dessas etapas do tratamento pode ser realizada por tecnologias já
consagradas como segue:
1) Remoção de óleo e graxa: Separadores API, Filtro Shell, Separador de
Precipitação Contínua, Ultrafiltros Poliméricos, Microfiltro Cerâmico, Flotação Ar
Dissolvido, Flotação Ar Induzido
2) Remoção inorgânica: Clarificador de contato de sólidos, Separador Lamella,
Separador Polimérico, Precipitação, Oxidação/Reducão.
3) Tratamento biológico: Estripagem Ar/Vapor, Tratamento Anaeróbico, Filtro
Biológico, Biodiscos rotativos, Lodos Ativados, Sistema de Tratamento de
Efluentes PACT®, Nitrificação/Denitrificação, Ultrafiltração Polimérica, Adsorção
com carvão, Sistema de remoção Clerify®.
4) Tratamento terciário: Filtração de meios múltiplos, Filtração ascendente, Filtração
com carvão, Filtração de areia por gravidade, Filtração polimérica, Filtração
64
cerâmica, Ultrafiltração, Clarificador por adsorção, Filtração com cartuchos, Filtros
de mangas.
5) Pré-tratamento para desmineralização: Troca iônica seletiva, Abrandamento,
Adsorvedores poliméricos, Desinfecção, Remoção desinfetante, Antiscalants,
Modificação de pH, Radiação Ultravioleta, Degaseificação.
6) Desmineralização: Osmose Reversa, Troca Iônica, Evaporação, Deionização
Contínua, Nanofiltração
7) Concentração da salmora: Recompressão Mecânica, Cristalizador Evaporador,
Concentrador de Salmora, Circulação Forçada.
8) Manipulação de sólidos: Adensamento por gravidade, Filtro de Correia, Filtro
Prensa, Secador de Lodo, Sistema de regeneração de ar úmido.
A definição dos componentes de um sistema de reúso pode ser estabelecida pela
experiência anterior do projetista, por ensaios de laboratório, por informações bibliográficas
ou pela combinação desses fatores.
RICHARD (1998), partindo de esgotos urbanos brutos de origem predominantemente
doméstica, propõe seqüências de processos que resultam num efluente com características
determinadas, em razão do desempenho previsto para cada processo unitário.
Segundo o autor, essas seqüências de processos produzem efluentes com qualidade
variada para usos benéficos potenciais. Em cada seqüência, a ordem dos processos é baseada
em experiência comprovada através da operação de instalações e das inter-relações entre os
processos.
De forma geral, os processos unitários são acrescentados sucessivamente, formando
sistemas de tratamento para que se obtenham graus de depuração cada vez maiores e,
portanto, melhor qualidade para o efluente.
A partir de um nível mínimo de qualidade do efluente de tratamento de esgotos
urbanos predominantemente doméstico, constituído de gradeamento e decantação primária,
RICHARD (idem) sugere uma seqüência de processos unitários que torna possível sua
reutilização em diversos outros níveis de atendimento como mostrado no quadro 2 e na tabela
13.
65
Nível
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Descrição
Tratamento primário
Lodos ativados convencionais e desinfecção
Combinação de filtro biológico e lodos ativados e desinfecção
Aeração prolongada e desinfecção
Secundário seguido das recomendações do “título 22 do código da
califórnia”(1) e desinfecção
Secundário seguido de filtração direta e desinfecção
Secundário, filtro dynasand e desinfecção
Secundário, filtro dynasand ® (2), remoção de fósforo e desinfecção
Processo eimco bardenpho ® (3) e desinfecção
Secundário seguido de filtro dynasand ®, adsorção e desinfecção
Secundário, filtro dynasand ®, adsorção, osmose reversa e desinfecção
Secundário seguido de recarbonatação, osmose reversa e desinfecção
Obs.: (1) normas do Department of Health Services que disciplinam conjuntos de processos e operações
aplicáveis ao reúso; (2) filtração por contato; (3) sistema de filtro biológico
Quadro 2 - Níveis de tratamento e descrição dos sistemas
Fonte: RICHARD (1998).
Tabela 13 - Concentração esperada por nível de tratamento
Concentração dos parâmetros (1)
Nível
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
SST(2)
80
20
10
10
10
10
10
10
10
<2
<1
<1
DBO(3) NH3(4)
120
20
10
10
10
10
10
10
10
<2
<1
<1
NA
NA
5
5
5
5
1
1
1
<1
<1
NO3(5)
PO4(6)
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
2
2
2
<1
<1
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
2
2
2
2
2
COT(7) SDT(8)
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
<5
<2
<2
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
<50
<50
Dureza(9)
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
<10
<10
Coliformes(10)
NA
<23
<23
<23
<2,2
<2,2
<2,2
<2,2
<2,2
<2,2
<2,2
<2,2
Obs.: (1) mg/L, salvo onde indicado; (2) sólidos suspensos totais; (3) demanda bioquímica de oxigênio; (4)
nitrogênio amoniacal; (5) nitrogênio de nitrato; (6) fosfato; (7) carbono orgânico total; (8) sólidos dissolvidos
totais; (9) dureza em CaCO3; (10) coliformes totais/100 ml; (NA) não aplicável.
Fonte: MANCUSO (2003 adaptado de RICHARD, 1998).
66
A seqüência de operações e processos pode na realidade constar de uma única
operação, como remoção de sólidos sedimentáveis por decantação até um conjunto
relativamente amplo que inclui oxidação biológica, coagulação química, filtração, remoção de
sólidos dissolvidos, desinfecção etc.
Algumas dessas seqüências já são clássicas, tanto no tratamento de despejos como de
água para abastecimento público, e por esse motivo são conhecidas por termos consagrados
como tratamento primário e secundário, no caso de despejos, e tratamento convencional, no
caso de água para abastecimento público (MANCUSO, 2003).
Dos processos e operações unitárias, listamos a seguir alguns dos mais citados na
literatura de tratamento dos recursos hídricos, com breve descrição de seus objetivos. Cabe
ressaltar que, embora não seja finalidade desse trabalho aprofundar-se na análise dos
processos e operações unitárias que compõem um sistema para reúso, consideramos
necessária a lembrança da conceituação desses processos para melhor entendimento das
possibilidades e conclusões finais do trabalho.
a) Lagoas de estabilização:
Trata-se de reservatórios construídos para tratamento biológico de esgotos.
Apresentam diversas configurações e a natureza dos processos podem ser muito diferentes,
guardando pouca relação entre si. Segundo MONTENEGRO (1980), podem ser classificadas
como lagoas aeradas, aeróbias, lagoas aeradas facultativas, lagoas anaeróbias, lagoas
facultativas e lagoas de maturação. O tratamento de esgotos por lagoas de estabilização
consiste numa boa prática para anteceder outros processos unitários, independentemente da
modalidade de reúso almejada, sendo particularmente recomendado para o Brasil em virtude
do clima e dos custos mais baixos do que os de tratamentos alternativos. As lagoas de
maturação são tanques que recebem o efluente de estações de tratamento convencionais ou de
outras lagoas, e são empregadas para “polir” o efluente, reduzindo principalmente os sólidos
sedimentáveis e os organismos patogênicos. Podem ser consideradas como dispositivos de
tratamento terciário, não se destinando à estabilização da matéria orgânica, mas a uma
melhoria na qualidade do efluente de instalações de tratamentos secundário.
b) Filtros biológicos:
É uma estrutura, normalmente de concreto, que contém no seu interior um enchimento
de pedras ou de plástico, que serve como leito sobre o qual o esgoto é aspergido. O esgoto
67
escorre através do leito, propiciando o desenvolvimento de uma população biológica que se
acumula sobre as pedras do filtro sob a forma de uma película de lodo, no interior da qual
vivem os microorganismos aeróbios, que consomem a matéria orgânica. Ao morrerem, por
falta de alimento, esses organismos desprendem-se das pedras, sendo retidos no decantador
que normalmente vem após essa unidade. O filtro biológico é um processo de tratamento
secundário de operação relativamente simples. Entretanto, por ser muito sensível às oscilações
da qualidade dos esgotos afluentes, requer um bom controle operacional. O desempenho dos
decantadores secundários, integrantes do processo de filtração biológica, é fundamental na
performance das unidades subseqüentes. O filtro biológico, se cuidadosamente operado e
monitorado, tem boa aplicabilidade de reúso em casos em que a DBO solúvel não é um
parâmetro crítico, como na irrigação.
c) Lodos Ativados:
É um processo biológico no qual o material orgânico é utilizado como alimento pelos
microorganismos. Isso é feito por meio da agitação e aeração da mistura esgoto e lodo
biológico (microorganismos) em tanques de aeração ou reatores, seguindo-se a separação do
esgoto tratado por decantadores secundários, de onde uma parte do lodo retorna ao tanque de
aeração, descartando-se o excesso. Existem variações tradicionais no processo de lodos
ativados, conhecidos por aeração plug flow com introdução contínua de ar ao longo do
comprimento do tanque, mistura completa em que o afluente e o retorno do lodo são
introduzidos em toda a massa líquida garantindo uma demanda uniforme em todo o reator e
tornando o processo mais estável às cargas de choque. Uma variação do sistema de pistão
(plug flow) é a chamada aeração escalonada em que o afluente é introduzido no reator em
vários pontos ao longo de seu comprimento, o que resulta numa utilização mais eficiente do
oxigênio administrado. Outra variação no sistema dos lodos ativados é a chamada aeração
prolongada, caracterizada por longos períodos de aeração e altas concentrações de sólidos em
suspensão no tanque de aeração para garantir respiração endógena e um efluente altamente
nitrificado.
d) Coagulação, floculação e sedimentação:
Consiste na remoção de sólidos e na precipitação de poluentes pela dosagem de
produtos químicos, seguido de uma mistura rápida para dispersá-los e mistura lenta para
68
promover a formação de flocos sedimentáveis em unidades de decantação. Esses processos
foram abordados anteriormente ao tratar-se do método convencional para tratamento de água.
e) Recarbonatação:
Processo que tem sido utilizado na remoção de fósforo por coagulação, ou então após
a decantação com cal para proteção das instalações contra os eventuais depósitos de cálcio
que ocorrem com pH elevado. Trata-se da aplicação de gás carbônico (CO2) no efluente
tratado com cal, objetivando a diminuição do pH, para que os hidróxidos produzidos passem a
carbonatos e bicarbonatos. A recarbonatação normalmente é feita após os processos de
coagulação e floculação com cal.
f) Filtração:
Consiste na passagem do efluente através de leito de material granular para remoção
de sólidos, o que exige eventuais lavagens com água em contra-corrente para remoção do
material retido. É um processo-chave na produção de efluente de alta qualidade, combinando
mecanismos físicos e químicos de remoção de sólidos, sendo por isso normalmente usado
como uma etapa final imediatamente antes da desinfecção e da disposição final ou reúso. Para
determinados usos da água, a filtração pode preceder a alguns processos mais avançados, tais
como adsorção em carvão ativado e troca iônica. A eficiência da filtração depende,
fundamentalmente, do tamanho e da resistência dos flocos formados nos processos que a
precedem. Flocos de lodos ativados formados depois de pelo menos 10 horas de aeração são
facilmente removidos, enquanto flocos provenientes de filtros biológicos e de processos
químicos de coagulação e floculação, via de regra, são mais frágeis, de remoção mais difícil,
exigindo muitas vezes a adição de produtos que
aumentam a resistência do floco e a
performance do filtro.
g) Processo de remoção de amônia por arraste (ammonia stripping):
Entre os métodos conhecidos de remoção de nitrogênio de águas residuárias, o sistema
de arraste com ar é o mais simples e o de mais fácil controle. Esse processo remove o gás de
amônia da água por agitação da mistura gás-água, na presença do ar. O nitrogênio presente
sob a forma de íon amônio é convertido a gás amônia, quando o pH da solução é aumentado,
após o que é liberado da solução em uma torre de arraste equipado com sopradores de ar ou
ventiladores. A remoção do nitrogênio amoniacal através de torres de arraste de ar é um
69
método simples. Pode ser usado em sistemas de tratamento de reúso de água onde se deseja
uma redução moderada da concentração de nitrogênio amoniacal, ou em série com outros
processos de remoção, caso se desejem concentrações maiores.
h) Remoção de amônia por cloração no ponto de ruptura (breakpoint):
Esse processo possibilita a oxidação direta do nitrogênio amoniacal a nitrogênio
gasoso, através de uma reação com cloro denominada cloração no breakpoint.
2 NH3 + 3HOCl → N2 + 3H+ + 3Cl- + 3H2O
Estequiometricamente nesse processo são necessárias 7,5 partes de cloro para cada
parte de nitrogênio amoniacal oxidada, sendo 10:1 a relação prática. Nessas condições, para
efluentes de tratamento secundário, são necessários 250 mg/L de Cl2 para a oxidação de 25
mg/L de nitrogênio amoniacal, normalmente presente nesses efluentes. Por outro lado, para a
neutralização dos ácidos formados, tanto na reação de oxidação quanto na hidrólise do Cl2 a
HOCl, são necessários 260 mg/L de Ca(OH)2 ou 380 mg/L de carbonato de sódio para os
referidos 250 mg/L de Cl2. Até concentrações de 25 mg/L de nitrogênio amoniacal, o
breakpoint é atingido relativamente rápido, ou seja, 90% em 5 minutos a pH em torno de 7,0 e
temperatura próxima de 20oC, o que implica a necessidade de tanques de contato
relativamente pequenos. Normalmente, esses tanques são projetados para períodos de 1
minuto.
Um problema que deve ser considerado, quando se utiliza a cloração no breakpoint a
concentrações de 250 mg/L de Cl2 e 260 mg/L de hidróxido de cálcio, é o aumento da
salinidade que corresponde a 400 mg/L da dureza em cerca de 300 mg/L de CaCO3, o que
pode comprometer os processos unitários subseqüentes. Embora essa técnica seja bastante
usada, principalmente no Brasil, em altas concentrações de nitrogênio amoniacal, ela pode ser
a longo prazo bastante onerosa. MORRIS (1983 apud MANCUSO, 2003) indica como limite
de concentração econômica valores da ordem de 2 a 3 mg/L de nitrogênio amoniacal. O
processo de cloração ao breakpoint pode remover virtualmente todo nitrogênio amoniacal
presente nos efluentes de esgoto, embora, no ponto de vista econômico, não seja indicado para
grandes concentrações de nitrogênio amoniacal (CULP, 1980 apud MANCUSO, 2003).
70
i) Ozonização:
É amplamente usada na Europa, nos processos de desinfecção de água potável.
Atualmente seu uso, em tratamento de esgoto, vem aumentando rapidamente, existindo
somente nesse continente cerca de mil instalações (CULP, 1980 apud MANCUSO, 2003).
Além de o seu alto poder oxidante, o ozônio é poderoso desinfetante de ação não seletiva,
porém bastante instável, decompondo-se rapidamente pela ação do calor em razão da fraca
ligação entre os átomos de oxigênio da sua molécula. No caso de tratamento de águas
residuárias, sua instabilidade tem um aspecto positivo, que é acrescentar oxigênio dissolvido à
água, entretanto essa mesma característica tem conotação negativa por não permitir sua
estocagem, exigindo sua geração junto ao ponto de aplicação, e por não persistir na água sob
forma residual. Em sistemas de reúso, a utilização do ozônio é indicada em aplicações onde
são desejáveis altos níveis de desinfecção, incluindo a destruição de vírus cloro-resistentes e
cistos. Também é indicado onde se deseja controlar a formação de compostos organoclorados.
j) Adsorção em carvão ativado:
É utilizado no tratamento avançado de esgotos para remoção de materiais orgânicos
solúveis que não são eliminados nos tratamentos anteriores. Essas substâncias orgânicas, ditas
refratárias, são passíveis de ser adsorvidas na superfície dos poros das partículas de carvão,
até que sua capacidade de adsorção se exaure, sendo necessária sua regeneração ou
reativação. Esse processo também é utilizado para remoção de compostos inorgânicos como
nitrogênio, sulfeto e metais pesados. Nos sistemas de tratamento avançado, a adsorção em
carvão ativado geralmente vem após a filtração e, às vezes, após a cloração no ponto de
ruptura. Isso porque partículas do material em suspensão obstruem os poros de carvão, e a
cloração, nesse ponto, minimiza a possibilidade de crescimento de bactérias anaeróbias em
sua superfície.
Além disso, o carvão ativado reduz o cloro residual, evitando a necessidade de
descloração. A adsorção em carvão ativado é usada onde se requer tratamento em alto grau.
Pode ser usado sob a forma granulada (GAC – Granular Activated Carbon) em que o líquido
é passado através de uma coluna de leito fixo, ou sob a forma pulverizada (PAC – Powdered
Activated Carbon).
Seu uso tem sido adotado em diversas fases do tratamento, como após o tratamento
biológico para remoção de matéria orgânica, ou após tratamento físico químico por
coagulação, floculação, sedimentação e filtração, que remove o material que poderia obstruir
71
seus poros. Esse último arranjo é particularmente indicado para remoção de poluição
industrial, inibidora do tratamento biológico. ABE et al. (1981) cita experiência da Toa Oil
Co., destacando como elementos de atratividade em sistema de carvão ativado implantado na
refinaria de Kawasaki a alta capacidade de remoção de DQO a um baixo custo operacional de
água tratada. Os custos estão divididos em 43% para reposição do carvão, 22% de
manutenção, 3% de eletricidade, 29% de reativação e 3% de custos de tratamento da água de
lavagem (backwash). O sistema reduziu os níveis de DQO na entrada do sistema de cerca de
200 ppm para 10 ppm na saída.
Um processo utilizado atualmente combina o uso de carvão ativado em pó com o
processo de lodo ativado. Nesse processo, quando o carvão ativado é adicionado diretamente
no tanque de aeração, a oxidação biológica e a adsorção física ocorrem simultaneamente
(METCALF & EDDY, 2003).
l) Troca iônica:
A troca iônica é uma unidade de processo na qual os íons de uma determinada espécie
são deslocados por íons de espécie diferente na solução. O processo é amplamente utilizado
no abrandamento de água, onde os íons sódio de uma resina catiônica são substituídos pelos
íons cálcio e magnésio da água, reduzindo assim sua dureza. A troca iônica pode ser utilizada
em aplicações de tratamento de efluentes, para remover nitrogênio, metais pesados e sólidos
totais dissolvidos.
Para controle de nitrogênio, são normalmente removidos os íons amônio e nitrato.
Consiste na troca seletiva dos íons amônio (NH4+) através de uma resina mineral –
clinoptilolite – que tem maior afinidade por esse íon do que Ca++ ou Mg++ ou Na+. A
passagem de esgotos domésticos, pré-decantados e filtrados, através de leitos de 2,5m de
altura dessa resina à velocidade de 24 a 30 cm/min, tem apresentado remoções de 93 a 97%
de NH4+, o que representa uma capacidade efetiva de 6,0 mg de nitrogênio amoniacal por
mililitro de resina, correspondendo a uma relação de 200 volumes de resina. A regeneração da
clinoptilolite é feita com solução de NaCl 0,1M supersaturada com Ca(OH)2. O NH4+ é
liberado da resina na forma de NH3 em virtude do alto pH da solução sendo removido da
solução regeneradora através de ammonia stripping, com ar aquecido (MANCUSO, 2003).
72
m) Processos de separação por membranas semipermeáveis:
O uso de membranas semipermeáveis é relativamente recente no campo da purificação
de água. A observação de tecidos de vegetais e animais inspirou a engenharia de sua
fabricação.
n) Métodos de integração de processos:
O reúso da água nos processos requer uma ampla análise de contaminantes das
correntes hídricas. Em sistemas mais complexos como refinarias de petróleo e plantas
petroquímicas, o número de arranjos possíveis e de opções técnicas para minimização dos
efluentes requer instrumentos que possam auxiliar os engenheiros de processo na elaboração
de projetos otimizados. A integração dos processos é, portanto, um caminho praticamente
inevitável para a obtenção de melhores resultados.
Várias metodologias de projeto de processos industriais têm sido desenvolvidas sob a
“chancela” de integração de processo. Essas metodologias, em geral, não visam criar novos
tipos de equipamentos ou operações unitárias. Na verdade, elas buscam garantir que as
tecnologias de processo existentes sejam selecionadas e inter-relacionadas da forma mais
efetiva. Por exemplo, a montagem de uma rede de trocadores de calor com um balanço
otimizado quanto aos custos de capital e energia.
Tipicamente, os procedimentos são iniciados com uma visão do processo como um
todo, ao invés de focalizar uma operação unitária individual ou parte de um equipamento.
Dessa forma, uma estrutura correta pode ser desenvolvida para a planta toda, com itens
individuais de equipamentos sendo montados nessa estrutura. Essa metodologia tem sido
aplicada com sucesso há muitos anos nas atividades de minimização de custos, com ênfase no
equilíbrio entre os custos de capital e de operação (ROSSITER, 1995). Ainda para
ROSSITER (idem), uma das principais características das técnicas de integração de processos
é que elas aumentam a eficiência do processo ao minimizar o uso e/ou maximizar a
recuperação de energia e materiais. Isso as relaciona diretamente com os objetivos da
prevenção de poluição.
Segundo MANN E LIU (1999), a integração de processos é baseada em três princípios
chaves:
73
− Considerar todo o processo de produção como um sistema integrado único para
análise e projeto.
− Aplicar os princípios de engenharia de processo para as etapas chaves e estabelecer
a priori os pontos para utilização de materiais e energia, bem como de emissões e
perdas.
− Finalizar os detalhes do processo para atender a análise integrada e atingir as metas
estabelecidas.
As metodologias de integração de processos podem ser classificadas sob três títulos
principais: análise pinch, aproximações baseadas no conhecimento (knowledge-based
approaches) e otimização gráfica/numérica (GUNDERSEN E NAESS, 1987 apud
ROSSITER, 1995).
Para ilustrar a otimização de uma rede de água, o CEDRL (CANMET Energy
Diversification Research Laboratory), Laboratório de Pesquisa e Diversificação Energética
do Canadá, apresenta o exemplo do tingimento de tecidos de uma tinturaria (figuras 11, 12 e
13). O processo pode ser dividido em três operações principais:
− lavagem da tela,
− tingimento e
− enxágüe.
A água é o agente de cada uma dessas operações. Uma vez que as tinturarias
consomem grandes volumes de água a altas temperaturas, ganhos significativos podem ser
alcançados em diversas áreas pela redução do consumo de água. A primeira fase no processo
para reduzir o consumo de água é identificar as etapas no processo onde vazamentos e
desperdícios podem ocorrer. Grandes quantidades de água podem ser economizadas pela
eliminação de vazamentos e mudanças de hábitos dos empregados. Uma vez essas tarefas
tenham sido realizadas, um estudo mais rigoroso deve ser feito para identificar outras
oportunidades de redução de consumo de água.
Para fazer isso, dois caminhos podem ser seguidos. O primeiro consiste em modificar
as operações unitárias para consumir menos água. Esse caminho necessita da troca de alguns
equipamentos por outros que consumam menos água e/ou modificações nos métodos
operacionais. Os custos podem ser mais altos se alguma substituição de equipamento for
necessária, de forma que o reúso da água pode não ser economicamente atrativo. O segundo
caminho é otimizar a rede de água para reutilizar alguns dos processos. Esse caminho, se
utilizado sistematicamente e rigorosamente, constitui uma tecnologia de integração de
74
processo, uma vez que seu objetivo é melhorar as inter-relações no processo sem mudar as
operações unitárias.
O exemplo da tinturaria foi escolhido para ilustrar a natureza da otimização de rede de
água, mas o mesmo caminho pode ser aplicado na maioria dos processos que consomem
grandes quantidades de água e geram efluentes. Assim, observa-se na figura 11, utilizada
como “Caso Base”, que a água fresca é enviada para cada operação unitária; todo efluente é
coletado e tratado em um sistema de tratamento centralizado. Na figura 12, pode-se observar
que são feitas mudanças e/ou trocas nas operações unitárias tais que menos água seja
consumida na realização das tarefas; o consumo total de água é reduzido, mas grandes
investimentos podem ser necessários nas modificações ou substituição dos equipamentos. Na
alternativa apresentada na figura 13, no reúso da água de processo, nenhuma modificação é
feita nas operações unitárias; elas consomem a mesma vazão de água que na figura 12, mas
parte da água de processo é reutilizada para reduzir o consumo total de água fresca e,
conseqüentemente, diminui a produção de efluente. Uma metodologia sistemática deve ser
utilizada tal que leve em conta as restrições do processo. Em alguns casos um tratamento
parcial de algumas correntes de água devem ser providenciadas para permitir sua reutilização.
Água tratada (130 m3/h)
Sistema de
tratamento de
efluentes
60 m3/h
30 m3 /h
40 m3/h
Operação 1
(lavagem)
Operação 2
(tingimento)
Operação 3
(enxágüe)
40 m3/h
30 m3/h
Água fresca (130 m3/h)
Figura 11 - Caso Base
Fonte: CEDRL, 1999
60 m3/h
75
Água tratada (100 m3/h)
Sistema de
tratamento de
efluentes
25 m3/h
45 m3/h
30 m3/h
Operação 1
Modificada
Operação 2
Modificada
Operação 3
Modificada
30 m3/h
25 m3/h
45 m3/h
Água fresca (100 m3/h)
Figura 12 - Modificação das operações unitárias
Fonte: CEDRL, 1999
Água tratada (100 m3/h)
Sistema de
tratamento de
efluentes
30 m3/h
30 m3/h
40 m3/h
Operação 1
(lavagem)
Operação 2
(tingimento)
30 m3/h
10 m3/h
30 m3/h
60 m3/h
Água fresca (100 m3/h)
Figura 13 - Reúso da água de processo
Fonte: CEDRL, 1999
Operação 3
(enxague)
76
As metodologias baseadas em Programação Matemática e Procedimento Algorítmico
surgiram em meados dos anos 90, com diversos trabalhos publicados enfocando a redução da
poluição através da minimização do descarte de efluentes líquidos aquosos com abordagens,
principalmente, na análise de redes de transferência de massa, envolvendo processos como a
troca iônica, adsorção, absorção, extração líquido-líquido etc., e a análise de redes de
equipamentos cujas operações não são consideradas como de transferências de massa. Nesse
bloco, estão incluídas as operações de lavagem, geração de vapor ou água e operações de
resfriamento.
Com a crise mundial de energia no final dos anos 70, um procedimento gráfico
denominado Pinch Technology foi desenvolvido na Universidade de Manchester objetivando
a otimização em redes de trocadores de calor. O método pinch está baseado em princípios
termodinâmicos e integração dos processos. Nas últimas duas décadas, aumentou-se o número
de tecnologias que utilizam a integração de processos. Foram desenvolvidas tecnologias de
integração de processos para otimizar colunas de fracionamento em refinarias, processos
descontínuos (batelada), gerenciamento de hidrogênio em refinarias, projeto de sistemas de
reatores etc. Recentemente, tecnologias de otimização da rede de água industrial e energia
foram desenvolvidas.
Assim, além das aplicações em conservação de energia, novas aplicações foram
desenvolvidas objetivando a minimização do uso de água e redução na geração de efluentes.
Essa variante da pinch technology surgida em 1994 é usualmente conhecida como water
pinch, ou ainda, Teoria do Ponto de Estrangulamento. Trata-se de um método para determinar
o consumo mínimo de água fresca e, conseqüentemente, a geração mínima de efluente. O
método é aplicado para otimização de rede de água utilizando como restrição de qualidade,
um único contaminante ou para diversos contaminantes considerados como um.
O método water pinch pode ser aplicado em quatro etapas, conforme sugerido pelo
CEDRL (1999):
− Montagem da rede de água a partir dos fluxogramas de engenharia, mostrando
todas as operações unitárias do processo em que a água é usada (inclusive
processos de utilidades) e todas as operações unitárias em que a água, contaminada
ou não, é produzida. Um balanço de massa deve ser feito para as correntes
principais.
− Os contaminantes mais importantes devem ser identificados (DQO, sólidos
suspensos, sólidos dissolvidos etc.). Um contaminante é definido como uma
substância que restringe o reúso do processo. As concentrações máximas aceitáveis
77
na entrada de cada operação unitária devem ser definidas, e as concentrações
resultantes na saída das operações unitárias também têm que ser avaliadas.
− Se forem identificados muitos contaminantes, tem-se que agrupar alguns deles para
reduzir a complexidade do problema, assumindo o conjunto como um único
contaminante.
−
Aplicar a tecnologia water pinch para determinar uma nova configuração que
permitirá reduzir o consumo de energia e água fresca. O projeto então obtido deve
ser avaliado, para se necessário, alterar alguma restrição e obter o projeto mais
prático.
− Repetir a etapa 4 até que o projeto ideal seja obtido.
A figura 14 mostra uma operação unitária de evaporação com suas correntes de
entrada e saída, com diferentes vazões e concentrações. Para uma dada operação unitária,
podem haver muitas correntes de água, com diferentes vazões e concentrações para cada uma
delas. Por exemplo, na saída da operação 1 há duas fontes de água disponíveis para reúso no
processo e somente uma demanda (a soma das duas correntes de entrada após mistura, ou
seja, 30 m3/h e 133,3 ppm).
10 m3/h
20 m3/h
200 ppm
Operação 1
100 ppm
400 ppm
800
10 m3/h
15 m3/h
Figura 14 - Correntes de entrada e saída
Fonte: O próprio autor.
Para realizar-se o estudo através da water pinch, os dados podem ser utilizados
diretamente para ajustar-se os valores de concentração e vazão máximos para entrada e saída
da operação. Caso se possa considerar uma concentração máxima mais alta na entrada da
operação, a concentração máxima de saída deve ser avaliada com respeito aos novos valores
para concentração de entrada. Em muitos casos, os mesmos valores são mantidos para
concentrações de entrada e saída para evitar perturbar o processo.
78
O método é ilustrado graficamente nas figuras 15 e 16. As vazões são indicadas no
eixo X, e a qualidade no eixo Y. Observe que o eixo está invertido, ou seja, a parte superior
representa água fresca enquanto a parte inferior representa a água contaminada. As correntes
de entrada de todas as operações unitárias estão agrupadas na curva “correntes de demanda”
enquanto que todas as correntes de saída são agrupadas juntas na “correntes fonte”. A
sobreposição entre as curvas indica as correntes fontes que podem ser diretamente retornadas
para as correntes de demanda.
Correntes
internas
Água
fresca
Qualidade (ppm)
Água fresca
(0 ppm)
D
Correntes
fontes
B
A
C
Ponto Pinch
Correntes
demandas
Demandas
internas
efluente
Vazão de água (kg/s)
Figura 15 - Análise pinch indicando formas de redução
Fonte: CEDRL, 1999.
Na figura 15, a análise pinch indica as formas em que o consumo de água fresca pode
ser reduzido. Uma curva representando as correntes das fontes e outra representando as
correntes de demanda. A sobreposição entre as curvas (área marcada) indica o potencial para
reúso da fonte. A figura 16 aponta as ações específicas que podem ser tomadas para reduzir o
consumo de água fresca. Pela mistura das fontes A e B nas proporções certas para atingir a
concentração requerida pela demanda C, a sobreposição entre as curvas de demandas e fontes
é aumentada. Isto indica que um maior volume de água pode ser reutilizado e, portanto, o
consumo de água fresca reduzido. O projeto que resulta desta etapa do procedimento é
mostrado na base da figura.
79
Água
fresca
Qualidade (ppm)
Correntes
internas
Água fresca
(0 ppm)
D
Mist A+B
B
PPonto pinch
A
C
efluente
Vazão de água (kg/s)
Operação A
mistura
Operação C
Operação B
Operação D
Figura 16 - Análise pinch indicando ações específicas para redução
Fonte: CEDRL, 1999.
A análise water pinch pode ser aplicada tanto para processos em batelada quanto
processos contínuos.
BROUCKAERT E BUCKLEY (2002) descrevem um estudo de caso da fábrica de
inseticidas Sanachem, subsidiária da Dow Chemicals em Kwazulu-Natal, onde produtos
fabricados em batelada envolvendo uma seqüência em vários reatores geravam efluentes
tóxicos. A disposição final desses efluentes era o principal problema ambiental obrigando seu
transporte, extremamente caro, para outra cidade. Portanto, a minimização dos rejeitos para
reduzir a quantidade de efluente tóxico tratava-se de um tópico de considerável interesse da
indústria. Como resultado da análise Pinch juntamente com outras medidas de minimização,
80
obteve-se uma redução global de 96 m3 por mês de efluente tóxico, 216 m3 de efluente não
tóxico e um aumento de 25% na capacidade de produção pela redução do tempo das
bateladas.
A tecnologia de integração de processos tem avançado significativamente desde os
anos 90. Em 1994 foram publicados por Y. P. Wang e Robin Smith da UMIST (University of
Manchester Institute of Science and Technology), Reino Unido, os primeiros artigos sobre
water-pinch technology no jornal científico Chemical Engineering Science.
Considerado um dos precursores da tecnologia, Smith, ao proferir palestra na
Petrobras em 26/05/2004, citou como um dos mais importantes exemplos de sucesso na
aplicação de water-pinch a modificação implementada na indústria Química Monsanto
(Gales) em 1994-1995, reduzindo a vazão de água fresca em 30%. A proposta inicial de uma
nova planta de tratamento de efluentes com custo de capital estimado em US$ 15 milhões não
foi aceita pela diretoria. Com uma abordagem focalizada na minimização de despejos,
minimização de água captada e tratamento distribuído, o projeto implantado teve um custo
total de capital da ordem de US 3,5 milhões, ou seja, uma redução de 75%, que incluíram
modificações internas na planta e tratamento final dos efluentes. Como resultado, houve a
redução de 30% no consumo de água com economia de US$ 0,3 milhão/ano, redução de 76%
da DQO (Demanda Química de Oxigênio) pela minimização de despejos com economia de
US$ 0,7 milhão/ano, permanecendo apenas 14% da DQO para remoção pelo tratamento de
efluentes. Com a utilização da Water Pinch Analysis nesse projeto, em 1995 a Monsanto
Company foi premiada pelo Instituto Britânico de Engenheiros Químicos com o Prêmio
Excelência em Segurança e Meio Ambiente.
Na indústria do refino de petróleo observa-se um esforço muito grande na busca de novas
tecnologias de reúso, principalmente naquelas situadas em regiões de pouca oferta de água.
A Pemex, maior empresa da América Latina com produção de 3,3 milhões de barris
em 2004 implantou em sua refinaria da cidade de Tula, no México, um sistema desenvolvido
pela Seghers Better Technology for Water para tratamento do efluente final visando reúso e
atingir a descarga zero. O sistema denominado Unitank Zero Discharge é composto de um
tanque com 3 compartimentos operados ciclicamente com aeração em 2 deles e sedimentação
no terceiro compartimento. A cada 3 horas a alimentação é invertida e o primeiro
compartimento, antes aerado, passa a funcionar como acumulador de lodo, enquanto os outros
dois são aerados.
81
Na contratação desse projeto, a Pemex optou pela modalidade “BOO” (Build, Own,
Operate) com operação terceirizada durante 12 anos.
Para reúso do efluente desse sistema biológico, adotou-se um pós-tratamento
convencional incluindo as etapas de coagulação, floculação, clarificação, filtração e
desinfecção, conforme a figura 17, mostrada a seguir.
Tratamento primário
Tanque de equalização
DAF
2 x UNITANK
de em estágio
Tanque de
Equalização
2x
coagulação/
floculação/
clarificação
Refinaria
(torres de resfriamento,
lavagens, incêndio,etc)
Água de lavagem
Armazenagem
desinfecção
3x filtros de
areia
neutralização in line
Figura 17 - Sistema de reúso da Pemex em Tula
Fonte: Revista Saneamento Ambiental, nº 61, nov./dez. 1999.
Nesse sistema da Pemex, os lodos biológicos são tratados em filtro prensa e
incinerados após atingirem 20% de matéria seca. Quanto aos lodos químicos, são recirculados
parcialmente para aumentar a floculação e também incinerados.
As tabelas 14 e 15 seguintes mostram resultados do tratamento.
82
Tabela 14 - Características do influente e do efluente do Unitank
Parâmetros
Vazão (m3/h)
DBO (mg/L)
DQO (mg/L)
TSS (mg/L)
TKN (mg/L)
TP (mg/L)
pH
Temperatura ( oC )
Influente bruto
864 – 1037
150
730
30
23
1
6–9
30
Efluente biológico
864 – 1037
< 25
< 100
< 30
< 20
<1
6–9
30
Fonte: Pemex (Refinaria de Tula).
Tabela 15 - Características do influente e efluente (tratamento terciário)
Parâmetros
Vazão (m3/h) (médio)
DBO (mg/L)
DQO (mg/L)
TSS (mg/L)
Dureza Ca++
Dureza Mg++
Dureza Total
Influente (após biológico)
864 – 1037
< 25
< 100
< 30
236
189
425
Efluente (após terciário)
864 – 1037
< 20
< 80
<5
< 50
< 80
< 130
Fonte: Pemex (Refinaria de Tula).
Pelos resultados mostrados nas tabelas, podemos observar que do ponto de vista legal
brasileiro, o efluente biológico não seria enquadrado sem um tratamento terciário, haja vista
que praticamente não há abatimento do Nitrogênio Kjeldhal. Portanto, parece-nos que o
sistema biológico Unitank só foi instalado com a condição do tratamento terciário para
descarga zero, ou seja, o sistema só pode funcionar com o terciário em linha. Os autores
apresentam como principal vantagem a eliminação de recirculação de lodos dos decantadores.
Isso leva a uma operação com baixos níveis de sólidos suspensos prejudicando a nitrificação e
maximizando o tratamento terciário para reúso.
Ao analisar mais especificamente a questão do reúso na Petrobras, TEIXEIRA et al.
(2002) observam duas linhas de pensamento na abordagem dos técnicos. Alguns defendendo
que o reúso deveria ser focado no efluente, ou seja, após eliminação da alta salinidade do
efluente final, buscar aplicabilidade da água. Outros entendendo que os recursos devem ser
canalizados para o reúso interno das águas de processo, uma vez que a economia de água
fresca é uma questão típica de processo, e que as implicações do redirecionamento de
83
correntes, instrumento dessa economia, exige análise do desempenho e confiabilidade das
unidades. Ao fazer uma análise de possibilidades na Revap, TEIXEIRA et al. (idem)
concluíram que
a principal possibilidade de reúso é nos sistemas de resfriamento. No entanto,
considera-se que este sistema deve ter o tratamento contra corrosividade e
incrustações estudado em um projeto que seja desdobramento deste. Ao se dispor de
eficácia neste tratamento, poderá ser reusado eventualmente até o próprio efluente
da refinaria, sem nenhum tratamento adicional de remoção de contaminantes.
Foi desenvolvida neste projeto uma ferramenta para determinação do impacto deste
reúso nas composições de água de resfriamento. Embora seja recomendável uma obtenção
mais exaustiva de dados para obter-se maior exatidão, as previsões por ela fornecidas podem
balizar qualquer decisão de redirecionamento de correntes hídricas para águas de
resfriamento, segundo TEIXEIRA et al (idem).
Sintetizando, os tratamentos da água para fins industriais e dos efluentes gerados nos
processos produtivos são meios de se reduzirem ou remover totalmente as impurezas contidas
na água. A escolha de qualquer um ou de um conjunto de diversos deles depende da
concentração das impurezas, da qualidade desejável da água e de outras considerações de
ordem econômica.
O quadro 3 é uma síntese dos principais meios de remoção citados ao longo do
trabalho e sua principal aplicabilidade nas refinarias da Petrobrás.
Tecnologias de
tratamento
Clarificação
Filtração
Cloração (desinfecção)
Adsorção com carvão
ativado
Desmineralização
Remoção específica
Remoção de turbidez
Remoção de sólidos suspensos
Microorganismos patogênicos
Compostos orgânicos refratários
Microfiltração
Íons metálicos, Sólidos totais
dissolvidos
Partículas até 0,1 μm
Ultrafiltração
Nanofiltração
Osmose reversa
Partículas até 0,01 μm
Partículas até 0,001 μm
Partículas até 0,0001 μm
Eletrodiálise
Íons metálicos, SDT
Aplicação
Torres de resfriamento
Diversos e para potável
Água potável
Proteção das cadeias de troca
iônica e remoção de DQO em
lodo ativado
Geração de vapor
Pré-tratamento para osmose
reversa
Torres de resfriamento e diversos
Geração de vapor de baixa e
média pressão
Continua
84
Continuação
Eletrodeionização
Retificação(stripping)
Separação por gravidade
Flotação
Centrifugação
Lagoas de estabilização
Filtros biológicos
Lodos Ativados
Recarbonatação
Ozonização
Íons metálicos, SDT
Amônia, gás sulfídrico, VOCs,
CO2
Óleo e graxa
Remoção de óleo e sólidos
suspensos
Separação de lodo
Matéria orgânica
Matéria Orgânica
Matéria Orgânica
Fósforo
Demanda Química de Oxigênio
Pré-tratamento p/ETDI e
recuperação de enxofre
Tratamento de efluente final e
recuperação de óleo
Pré-tratamento p/sistema
biológico
Reúso de água
Tratamento de efluente
Tratamento do efluente
Tratamento do efluente
-
Quadro 3 - Tecnologias de tratamento de água e efluentes nas refinarias da Petrobras
Fonte: O próprio autor.
2.5 LEGISLAÇÃO APLICÁVEL AO REÚSO
A água no Brasil sempre foi tratada como bem inesgotável, mesmo na esfera jurídica,
haja vista que o Código de Águas instituído pelo Decreto no 24.643 de 10 de julho de 1934,
previa a propriedade privada de corpos d’água, assegurando ao proprietário o uso gratuito de
qualquer corrente ou nascente. Isso de uma certa forma dava ao cidadão o entendimento do
direito, por exemplo, de desviar um curso d’água que passasse em suas terras sem se
preocupar com as necessidades do vizinho a jusante. Os conflitos gerados sobre o uso das
águas eram tratados como meras questões de vizinhança. Apesar de vários de seus
dispositivos estarem revogados em decorrência de legislações posteriores (uso da água,
inclusive), o Código ainda se encontra em vigor.
Embora houvesse legislação específica de proteção ambiental no Brasil como o
Decreto Lei no 1.413/75, que dispõe sobre o controle da poluição ao meio ambiente, o Decreto
Lei no 76.389/75, que estabelece que o órgão controlador deverá definir critérios, normas e
padrões ambientais, ou ainda o Decreto no 79.367/77 que dispõe sobre normas e o padrão de
potabilidade de água, somente com a criação da Lei Federal 6.938/81 que dispõe sobre a
Política Nacional do Meio Ambiente, regulamentada pelo Decreto 99.274/90 que a questão
dos recursos hídricos passa a ter mais importância no meio industrial. No seu artigo 6o, a lei
cria o Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA) e, seu desdobramento termina por
estabelecer itens importantes no controle ambiental dos recursos hídricos, tais como o
85
estabelecimento de padrões de emissão e de desempenho, introduz alguns outros instrumentos
de planejamento ambiental como o zoneamento ambiental e a avaliação de impactos
ambientais e, determina a responsabilidade/penalidade para os casos de poluição.
Até então, a legislação hídrica permanecia voltada praticamente para as questões de
poluição ambiental que eram regulamentadas através de instrumentos de comando e controle,
assim chamadas pelos técnicos da área ambiental. A Lei 6938/81 estabelece como princípios
de execução da política de meio ambiente e, portanto, princípios norteadores das ações
governamentais, “incentivos ao estudo e pesquisa de tecnologias orientadas para o uso
racional e a proteção dos recursos ambientais", bem como a “racionalização do uso da água”.
Ainda assim, a água como recurso finito e, portanto, a necessidade de integração dos seus
usos com as questões de meio ambiente ainda não estavam claramente explicitadas na
legislação brasileira, no nosso entender.
Para FINK e SANTOS (2001), a consciência de que os recursos hídricos têm fim, e,
portanto, merecem um tratamento jurídico mais atento, ganha contorno definido com a
própria Constituição Federal de 1988 e a lei 9.433/97. Na avaliação dos autores, o principio
adotado na legislação brasileira da “preservação e restauração dos recursos ambientais com
vistas a sua utilização racional e disponibilidade permanente, concorrendo para a manutenção
do equilíbrio ecológico propício à vida”, em verdade, consagra princípios internacionais
contidos na Declaração de Estocolmo de 1972.
A grande mudança acontece efetivamente com a instituição da Política Nacional de
Recursos Hídricos através da Lei Federal no 9.433/97 que cria o Sistema Nacional de
Gerenciamento de Recursos Hídricos. Ao estabelecer seus objetivos e discorrer sobre seus
instrumentos básicos para a gestão dos recursos hídricos, a PNRH (1997) insere em seus artigos
itens de interelacionamento do uso racional da água com as questões ambientais de
sustentabilidade. Por exemplo, a necessidade de racionalizar o uso da água como forma de
garantir o abastecimento futuro da população é destacada nos artigos descritos a seguir:
Art. 2o: São objetivos da Política Nacional de Recursos Hídricos:
II – a utilização racional e integrada dos recursos hídricos, incluindo o transporte
aquaviário, com vistas ao desenvolvimento sustentável.
Art. 7o: Os Planos de Recursos Hídricos são planos de longo prazo, com horizonte
de planejamento compatível com o período de implantação de seus programas e
projetos e terão o seguinte conteúdo mínimo:
IV – metas de racionalização de uso, aumento da quantidade e melhoria da
qualidade dos recursos hídricos disponíveis.
Art. 19o: A cobrança pelo uso de recursos hídricos objetiva:
II – incentivar a racionalização do uso da água.
86
Os fundamentos da PNRH (idem) destacam-se de maior interesse na abordagem do
trabalho que ora elaboramos, e para auxiliar no seu julgamento final os associamos, no quadro
4, a exemplos que mostram sua importância na avaliação de projetos industriais:
Fundamento da PNRH
A água é um bem de domínio público
A água é um recurso natural limitado, dotado
de valor econômico
Em situação de escassez, o uso prioritário dos
recursos hídricos é o consumo humano e a
dessedentação de animais
Exemplos de ameaças ao status quo
A exclusividade do gerenciamento e utilização de
mananciais construídos, como a represa de Saracuruna
passa a ser questionada uma vez que não há mais água
de domínio privado no Brasil.
Ao lhe ser atribuído valor econômico, a água deve
passar a ser objeto de atenção especial na avaliação dos
investimentos nacionais. A composição de índices
econômicos estará sujeita ao custo da água que deverá
ser diferenciado e de tendência crescente em função da
disponibilidade local.
Regiões com população demográfica crescente e
recursos hídricos limitados poderão estabelecer uma
redistribuição dos usos da água, impactando de forma
desfavorável o uso industrial.
A gestão dos recursos hídricos deve sempre
proporcionar o uso múltiplo das águas
A bacia hidrográfica é a unidade territorial
básica
Quadro 4 - Principais impactos de fundamentos da PNRH
Fonte: O próprio autor.
O desdobramento desses princípios aponta para a outorga dos direitos de uso de
recursos hídricos como importante instrumento de gestão e que certamente já está levando o
segmento industrial a repensar suas práticas de uso. A escassez de água determinará o regime
de outorga, e nesse contexto, a racionalização do uso da água, incluindo a eliminação do
desperdício, o reúso interno e a reciclagem do efluente final podem ser sem dúvida, opções a
serem viabilizadas. Caberá ao setor industrial, entretanto, exigir do Poder Público outorgante
incentivos para o desenvolvimento e substituição das tecnologias que venham a propiciar a
economia e preservação dos recursos.
PERES (2003) entende que a Política Nacional de Recursos Hídricos e o Sistema
Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, inseridos no contexto da questão ambiental
mais ampla, demandam uma revisão na atual gestão ambiental privada da água no setor
industrial e, com base nessa realidade propõe os seguintes fundamentos, diretrizes e
instrumentos para a gestão dos recursos hídricos na indústria:
87
(1) Fundamentos da política ambiental:
(a) a água é um bem público limitado e dotado de valor econômico;
(b) a água é um insumo estratégico de produção; e
(c) a responsabilidade social relativa à proteção dos recursos hídricos é um valor
ético e estratégico.
(2) Diretrizes gerais de ação para implementação da política:
(a) conhecer a disponibilidade hídrica, atual e futura, para captação e uso e para
assimilação de efluentes;
(b) racionalizar o uso da água, incluindo a eliminação de desperdícios e o reúso
interno;
(c) adotar tecnologias menos intensivas em água;
(d) reduzir a geração de poluentes na fonte, incluindo a adoção de práticas e
tecnologias limpas;
(e) praticar a reciclagem, incluindo o tratamento do efluente final para fins de
reutilização dos mesmos; e
(f) tratar o efluente final para lançamento no ambiente, onde e quando o reúso
interno, a redução da geração de poluentes na fonte e a reciclagem do afluente
final não apresentarem viabilidade técnica, econômica e ambiental.
(3) Instrumentos da gestão:
(a) a norma interna de gestão de efluentes e recursos hídricos;
(b) o plano de gerenciamento de efluentes e recursos hídricos;
(c) o treinamento para a conscientização e capacitação;
(d) a auditoria; e
(e) o sistema de informações sobre efluentes e recursos hídricos.
A gestão da alocação dos recursos hídricos, através dos Comitês de Bacia e das
Agências de Água, a quem cabe os estudos técnicos sobre disponibilidade de água e os
pareceres sobre as solicitações de outorga, poderá resultar em maior eficiência na alocação da
água efetivamente disponível do que tem havido até o presente. Isso aponta para a
88
necessidade dos usuários se anteciparem e conhecer a disponibilidade real de água, em lugar
de esperar a escassez “bater a sua porta” ou ter a sua solicitação de outorga reduzida ou
negada. A gestão interna dos efluentes e recursos hídricos e a identificação de fontes
alternativas de abastecimento podem não ser, por si só, suficientes para assegurar o
abastecimento de uma determinada unidade industrial. É importante conhecer, também, a
disponibilidade hídrica do manancial, atual e futura. Mais precisamente, é necessário fazer o
balanço entre as demanda global e a vazão outorgável do manancial, e construir cenários
sobre o comportamento futuro desse balanço, com horizonte de pelo menos 20 anos (PERES,
2003).
Ainda com referência à concessão de outorga pelo Poder Público, é importante
ressaltar a possibilidade de sua revogação que pode se dar por interesse público, devidamente
caracterizado e fundamentado pela administração. Isso quer dizer que, em havendo mudanças
das condições de análise para a concessão, o direito de outorga poderá ser suspenso total ou
parcialmente, temporária ou definitivamente. São destacadas como condições para revogação:
− não cumprimento pelo outorgado dos termos da outorga;
− ausência de uso por três anos consecutivos;
− necessidade premente de água para atender a situações de calamidade, inclusive as
decorrentes de condições climáticas adversas;
− necessidade de prevenir ou reverter grave degradação ambiental;
− necessidade de atender a usos prioritários, de interesse coletivo, para os quais não
se disponha de fontes alternativas;
− necessidade de serem mantidas as características de navegabilidade do corpo
hídrico.
Todas essas possibilidades podem, na nossa avaliação, deixar a atividade industrial
muito vulnerável a, por exemplo, atitudes políticas que para beneficiar determinados
segmentos da sociedade causem prejuízos de grande monta a uma indústria estabelecida.
A Lei Estadual no 4.247 de 16/12/2003 do Rio de Janeiro, por exemplo, votada em
regime de urgência é na nossa opinião controversa na medida em que se choca frontalmente
com o modelo instituído pela Lei Federal 9.433/97. Ao atribuir a um único órgão (Serla),
integrante da estrutura administrativa do estado, as funções de cobrança, arrecadação,
distribuição, aplicação de receitas e outros conforme artigos 1o e 3o, essa lei tira o caráter
descentralizador do modelo proposto pela União.
89
BARROS (2000) chama atenção para o fato de que em sendo a água um recurso
natural vital ao ser vivo, qualquer regulamentação sobre o seu uso ou disponibilidade é
motivo de grandes inquietações na sociedade como um todo. O autor adverte que há
necessidade de buscar-se um estado de equilíbrio com “igualdade de oportunidades”
respeitando-se o espírito da Lei 9433 quanto à descentralização das decisões.
É necessário, pois, que no planejamento de sua instalação e mesmo no seu
planejamento com a atividade já em operação, sejam contempladas alternativas que
minimizem os efeitos da hipótese dos, digamos, “desmandos políticos”. A alegação, por
exemplo, da necessidade de interromper e/ou desviar o fluxo de água dos mananciais que
abastecem uma refinaria, para atender comunidades em períodos de estiagem não pode ser
desprezada. Essa situação pode ser entendida como “uma necessidade de atender a usos
prioritários, de interesse coletivo, para os quais não se disponha de fontes alternativas” e,
mesmo que se prove o contrário, o prejuízo já terá sido instalado. Um período, mesmo que
curto, de uma refinaria parada pode representar a perda de faturamento de milhares de
dólares.
Numa abordagem técnico-jurídica da questão, FINK e SANTOS (2003) entendem que
o emprego da expressão “direitos”, usada na Lei no 9433 ao estabelecer em seu art. 12 “os
direitos de uso”, revela a presença de um direito subjetivo do interessado, denotando o caráter
de licença no ato que lhe possibilita o uso da água. Tratando-se assim, de licença, ato
vinculado da administração ao qual corresponde um direito é possível no entender desses
autores, afirmar que na ocorrência da suspensão da outorga, ainda que motivada por interesse
público, caberá sempre direito à indenização ao prejudicado.
Com relação ao reúso de água, uma vez tratar-se de águas já utilizadas, a cessão dos
direitos feita do titular diretamente para o interessado no reúso caracteriza um negócio entre
as partes, não havendo, portanto, necessidade de nova outorga pelo poder público, uma vez
que essa situação não está relacionada nas hipóteses estabelecidas para a concessão formal de
outorga. A evolução dessa premissa pode no futuro elevar a utilização de efluentes de
estações municipais a um patamar atrativo para a indústria.
90
3. ESTUDO DE CASO PARA A REDUC
3.1 SISTEMAS E INSTALAÇÕES EXISTENTES
A Refinaria Duque de Caxias – Reduc, fundada em 1961, é considerada a mais
complexa refinaria do sistema Petrobras, com uma linha de 52 produtos comercializados. Sua
complexidade foi sendo adquirida a partir da década de 70 quando recebeu a primeira planta
de lubrificantes. Em 1979, já estava em funcionamento o segundo conjunto de lubrificantes e
parafinas, com seis novas unidades. Atualmente tem 29 unidades distribuídas em operações
de destilação de combustíveis, craqueamento, lubrificantes e matéria prima para
petroquímicos, conferindo-lhe a subcategoria de integrated conforme classificação da
Environmental Protection Agency – EPA (1973) para estabelecer limites de efluentes para as
refinarias de petróleo americanas.
Estrategicamente localizada às margens da Baía de Guanabara, a Reduc tem facilidade
para receber o petróleo importado Árabe Leve, essencial para a produção de lubrificantes. Por
outro lado, essa mesma localização aumenta sua responsabilidade no que diz respeito às
questões ambientais. A figura 18 mostra sua localização em relação às macrorregiões
ambientais estabelecidas pela Secretaria de Meio Ambiente e Desenvolvimento do Estado do
Rio de Janeiro.
Na figura 18, observa-se a divisão do Estado do Rio de Janeiro em sete macrorregiões
ambientais. Para estabelecer as unidades básicas de planejamento e intervenção da gestão
sócio-ambiental, o território do Estado do Rio de Janeiro foi dividido em 7 (sete)
Macrorregiões Ambientais, designadas pela sigla MRA.
Oficializadas pelo Decreto Estadual n° 26.058 de 14 de março de 2000, cada
Macrorregião Ambiental abrange uma parte terrestre e outra marinha. A superfície terrestre de
cada Macrorregião Ambiental compreende uma ou mais bacias hidrográficas. A porção
marinha engloba a zona costeira, incluindo baías, enseadas, praias, ilhas, costões rochosos,
mangues e uma faixa de mar aberto, cuja largura será definida de acordo com critérios
estabelecidos no Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro. A decisão de dividir o Estado
levou em conta critérios técnico-ambientais, administrativos e políticos (SEMADS, 2001).
Na figura 18, são destacados, também, os mananciais que têm influência direta ou
indireta na refinaria.
91
Rio Paraíba do Sul
Rio Saracuruna
REDUC
Rio Iguaçu
Rio Guandu
Figura 18 - Localização da Reduc
Fonte: O próprio autor, adaptado de SEMADS/GTZ (2001).
Como visto, a Refinaria está inserida na MRA-1, captando água do rio Saracuruna e
lançando seu efluente no rio Iguaçu que fazem parte da Bacia da baía da Guanabara. Tem
influência na MRA-2 uma vez que também capta água do rio Guandu pertencente à Bacia da
baía de Sepetiba e, indiretamente, na MRA-6 haja vista o rio Guandu ser alimentado pela
transposição do rio Paraíba do Sul através da represa de Ribeirão das Lages.
3.1.1 Unidades de Processo e a Geração de Efluentes
As refinarias de petróleo são uma combinação muito complexa de operações e
sistemas independentes. No desenvolvimento do
perfil de poluição dessas instalações
industriais, 12 categorias do processo foram listadas pela EPA como fundamentais na
produção dos principais produtos de petróleo, quais sejam: Transferência & Estocagem,
Dessalgação, Fracionamento, Craqueamento, Polimerização & Alquilação, Reforma, Extração
92
a solvente, Hidrotratamento, Produção de parafinas, Produção de asfalto, Acabamento de
produto e Atividades Auxiliares.
O API (American Petroleum Institute) também desenvolveu um sistema de
classificação semelhante, de acordo com as tecnologias de processamento. No sistema API de
classificação, a Refinaria Duque de Caxias é incluída na Classe E, correspondente à
Integrated da classificação EPA.
Numa tentativa de determinar os efeitos da tecnologia de processo, uma profunda
análise das categorias individuais e combinadas foi feita pela EPA para avaliar a carga dos
despejos brutos como uma função do grau de craqueamento empregado na refinaria. Os dados
para avaliar a carga líquida por esse critério foram obtidos, analisando-se as cargas dos
efluentes brutos fornecidas por refinarias, pesquisa de literatura e análises de estudos de
caracterização de efluentes do 1972 National Petroleum Refining Waste Water
Characterization Studies. As cargas líquidas dos despejos (carga bruta menos água) das
categorias API, com correções adicionadas pela EPA, foram estatisticamente analisadas,
determinando-se 50% da probabilidade de ocorrência dos parâmetros considerados chave
(DBO5, óleo&graxa, fenol e amônia). Esses parâmetros são representativos dos principais
contaminantes descartados pelas refinarias, e, portanto, serviram como base para correlacionar
as variações de performance no separador de óleo, severidade do craqueamento e outros
fatores. Os 50% de probabilidade de ocorrência eram escolhidos quando eles refletiam a
performance média da carga líquida da subcategoria inteira. Uma comparação de cada
subcategoria foi então feita para determinar se, baseado nesses níveis médios de performance,
diferenças significativas nas cargas dos despejos entre subcategorias de refinarias existiam.
Pela comparação dos valores médios e uma base, diferenças internas na performance do
separador, manutenção e outros fatores foram minimizados. As subcategorias que exibiram
alto grau de semelhança nas cargas médias líquidas de efluentes para os parâmetros chave
foram então combinados e reanalisados para se estabelecer novo valor médio para as
combinações. Utilizando esses procedimentos, experimentos foram realizados para obter uma
subcategorização da indústria de refino de petróleo que reflete a carga de despejos com
respeito ao tipo de refinaria, tecnologia de processo empregada e severidade das operações. A
tabela 16 apresenta as subcategorias propostas com os respectivos valores médios
estabelecidos dos parâmetros.
93
Tabela 16 - Categorias de refinarias e cargas médias efluentes em ppm
Subcategoria
Topping
Low-Cracking
High-Cracking
Petrochemical
Lube
Integrated
Reduc
DBO5
7,1
71,3
82,7
148,4
184,3
215,5
230
Óleo&Graxa
5,1
27,4
31,4
45,6
136,1
131,8
85
Fenol
0,029
2,85
5,1
10,3
6,2
5,1
12
Amônia
1,43
10,0
32,8
34,2
22,1
35,4
30
Fonte: O próprio autor com base em USEPA (1973).
Na Europa, países membros da União Européia classificam as refinarias de petróleo
segundo critérios estabelecidos que levam em consideração o índice de complexidade Nelson.
Nelson desenvolveu um sistema para quantificar o custo relativo dos componentes que
formam uma refinaria. Trata-se de um índice puro que fornece uma medida relativa dos custos
de construção de uma refinaria particular com base em sua carga de petróleo e capacidade de
expansão. Nelson assumiu um fator igual a 1 para a unidade de destilação. As demais
unidades são então avaliadas em termos do seu custo relativo a essa unidade.
Outras definições são usadas como a capacidade de destilação equivalente adotado
pela Solomon Associates.
No cenário atual, a Reduc pode ser considerada como sendo uma grande indústria
nacional do setor petrolífero, possuindo uma das maiores capacidades e complexidades do
parque de refino brasileiro. Demanda para sua atividade um intensivo uso de água, cerca de
1500 m3/h de água doce, sendo que suas captações máximas de projeto atingem mais de
660.000 m3/dia no canal de água salgada proveniente da Baía de Guanabara para o sistema de
refrigeração aberta, 46.320 m3/dia na Barragem de Saracuruna, e 86.400 m3/dia na adutora do
Guandu.
A refinaria possui ainda como característica, uma grande geração de efluentes hídricos
com vazão média de descarte na ETDI de (Estação de Tratamento de Despejos Industriais) de
28.212 m3/dia, em 2001.
94
3.1.2 Tratamento de Água
A água bruta que chega à REDUC é oriunda de dois rios, Guandu e Saracuruna.
Preferencialmente, utiliza-se água bruta do Rio Saracuruna pela sua menor salinidade, o que
favorece a geração de vapor.
O sistema de tratamento é do tipo convencional em que a água bruta, sem qualquer
tratamento, é usada para pressurizar a rede de incêndio quando a mesma não está sendo usada
para combate. O restante da água bruta é clorada e posteriormente clarificada com adição
contínua de sulfato de alumínio e eventual de cal. Parte da água clarificada é considerada água
industrial e usada na Reduc como reposição de água de torres de resfriamento, de serviço e
processo.
O restante da água clarificada é filtrada em filtros de areia, reduzindo a turbidez a
valores menores que 1 NTU. Parte da água filtrada é clorada e distribuída como água potável
e o restante enviado para desmineralização em trocadores iônicos, após passagem por
descloradores.
Como a Reduc possui caldeiras que trabalham com dois níveis de pressão de vapor
diferentes, as exigências de tratamento de água também são diferentes. Para algumas
caldeiras, que geram vapor de 42 kgf/cm2 a água desmineralizada já atende a especificação
necessária. As demais caldeiras trabalham com geração de vapor de 104 kgf/cm2 e precisam
de uma etapa de polimento, que é realizada em vasos de troca iônica.
Quanto ao Sistema de Resfriamento, a REDUC atualmente tem 2 conjuntos de torres
de resfriamento (U-1360/61 e U-1363/64) com capacidades máximas de 36000 e 45000 m3/h
utilizando água doce e um sistema aberto com água salgada da baía de Guanabara. Esse
sistema aberto está sendo substituído gradativamente pelas novas torres (U-1363/64).
3.1.3 Tratamento de Efluentes
O sistema atual de tratamento do efluente hídrico da Reduc é constituído de
separadores água-óleo do tipo API, flotador a ar induzido e lagoas aeradas.
Os efluentes líquidos industriais da Refinaria são coletados em duas redes distintas:
águas oleosas e águas contaminadas. Essas correntes se unem a montante da Estação de
95
Tratamento de Despejos Industriais – ETDI, que é constituída no seu tratamento primário, de
dois separadores de água e óleo tipo API, uma unidade de flotação a ar induzido e 4 tanquespulmão para acumulação do sistema de águas contaminadas e excedentes das redes de água
oleosa.
O tratamento secundário é composto por cinco lagoas aeradas com capacidade
máxima de 1.100 m3/h.
O efluente do Flotador é encaminhado através de bombas centrífugas para a primeira
lagoa aerada (LEA) cujo objetivo principal é o de equalizar a carga e remoção de sulfetos
através da utilização de aeração (8 aeradores superficiais de 60 HP). Na canaleta a montante
dessa lagoa, é dosado nutriente à base de fósforo, sendo o tempo de residência médio na lagoa
de equalização de 8 horas.
Em seguida, o fluxo é dividido para duas lagoas de mistura completa (LMC) que
operam em paralelo para remoção da DBO, DQO, O&G, fenóis. Após a oxidação nessas
lagoas, com tempo de residência de 24 horas, o líquido é distribuído para duas lagoas
facultativas aeradas (LFA) para polimento e lançamento do líquido clarificado no rio Iguaçu.
A aplicação de produtos químicos, se necessário, pode ser feita através de um sistema
de dosagem existente constituído de tanques de mistura (cal, bicarbonato de sódio e
tripolifosfato) e bombas dosadoras para correção de pH, alcalinidade e nutriente. Todas essas
instalações são controladas através de um sistema de supervisão a distância.
As dimensões e os volumes de projeto, assim como a potência instalada nas lagoas de
aeração, são apresentadas na tabela 17.
Tabela 17 - Características das unidades de tratamento de efluentes da Reduc
Unidade/Parâmetro
Comprimento (m)
Largura (m)
Profundidade útil (m)
Volume (m3)
N° de Aeradores
Potência total (HP)
Dens. de potência (w/m3)
Tempo residência
Fonte: O próprio autor.
LEA
68
44
4
8800
8
480
40
8h
LMC1
68
62
4
13200
9
540
30
24 h
LMC2
68
62
4
13200
9
540
30
24 h
LFA1
126
64
3,2
26400
2
60
1,7
48 h
LFA2
153
52
3,2
26400
2
60
1,7
48 h
96
3.2 OPORTUNIDADES PARA REÚSO
3.2.1 Opções para Reúso das Correntes Internas de Processo
3.2.1.1 Torres de Resfriamento
A deposição de sólidos em sistemas de resfriamento reduz a eficiência de transferência
de calor e cria lamas que devem ser retiradas do sistema para descarte. Tais sistemas são
normalmente operados com o monitoramento da quantidade de sulfato de cálcio, carbonato e
sílica que estão presentes no fluido. Contaminantes biológicos podem também estar presentes
em razão da temperatura amena e água altamente oxigenada que favorecem o crescimento de
microorganismos.
Tanto quanto possível, a prevenção da formação desses depósitos é, portanto, uma
prática recomendada para garantir a eficiência do processo. O material mais facilmente
depositado nos sistemas industriais de resfriamento são as lamas formadas pelo carbonato de
cálcio, produtos formados naturalmente da dureza cálcio e alcalinidade da água. Depósitos
não carbonatados aparecem quando os produtos de solubilidade de sulfato de cálcio e sílica
são ultrapassados na água de resfriamento.
Para reduzir a probabilidade do depósito de lama, a monitoração da qualidade da água
de reposição e concentrações de sulfato de cálcio e sílica acima de 1500 e 50 ppm,
respectivamente, para ajustes das vazões de purga são mantidos no sistema de recirculação
(API, 1991).
É importante também saber que a purga das torres de resfriamento deve ser
direcionado para o sistema de tratamento de efluentes, conforme legislação ambiental local,
após criteriosa análise da qualidade da água.
Atualmente, as técnicas para minimizar a quantidade de purga incluem o ajuste da
qualidade da água de reposição (através do controle na fonte ou tratamento da água) e o
tratamento da água recirculada.
Se a concentração de sólidos dissolvidos na água de resfriamento se mantiver baixa,
mais vezes a água pode ser utilizada no circuito da torre (ciclos de concentração) e o
tratamento da água de reposição pode reduzir consideravelmente a quantidade de purgas
necessárias para baixa concentração dos sólidos.
97
Um exemplo de cálculo simplificado é apresentado na tabela 18 que ilustra o potencial
de minimização da purga.
Tabela 18 - Impacto do tratamento da água de reposição na vazão de blowdown
Reposição não tratada
50.000
30
3
2.700
850
Vazão de recirculação da água (gpm)
Queda na temperatura (oF )
Ciclos de concentração
Vazão de reposição (gpm)
Vazão da purga (gpm)
Reposição tratada
50.000
30
10
2.000
150
Fonte: API (1991).
Como mostra a tabela, se o ciclo de concentração de um sistema de tratamento é
aumentado de 3 para 10, a vazão da purga de um sistema com 50.000 gpm de recirculação,
diminui de 850 gpm para 150 gpm e conseqüentemente, a vazão de reposição reduz-se de
2700 gpm para 2000 gpm, representando uma economia de cerca de 26% no volume de água
bruta.
DANTAS (1988), chama-nos atenção para a existência de um ciclo teórico ideal
exemplificando com um sistema hipotético com vazão de recirculação horária de 2.000 m3 e
diferencial de temperatura de 10oC.
Para montagem da tabela, utiliza duas fórmulas matemáticas para cálculo que
relacionam as vazões de alimentação ou de reposição em função do ciclo de concentração e da
evaporação como segue:
A =
[ C / (C -1) ] x E
(1)
E =
(0,18 x Δt x V) / 100
(2)
Onde:
A: vazão de reposição, C: ciclo de concentração, E: vazão de evaporação, V: vazão de
recirculação e Δt: variação de temperatura.
98
Tabela 19 - Simulação para ciclo teórico máximo
Ciclo
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,6
A (m3/h)
216,0
126,0
96,0
81,0
72,0
54,0
48,0
45,0
43,2
42,0
41,1
40,5
40,0
Purga (m3/h)
180
90
60
45
36
18
12
9
7,2
6,0
5,1
4,5
4,0
E (m3/h)
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
Diferenças (m3/h)
90
30
15
9
18
6
3
2,8
1,2
0,9
0,6
0,5
Fonte: DANTAS (1988).
A tabela montada por DANTAS (idem) possibilita avaliar as diferenças de custos de
tratamento quando o ciclo de concentração aumenta, uma vez que o cálculo da quantidade de
produtos químicos utilizados é função das perdas, ou seja, a soma dos volumes de purga e
evaporação. Dessa tabela, pode-se concluir, ainda, que para esse sistema hipotético com vazão
de recirculação de 2000 m3/h e gradiente de temperatura de 10oC, o ciclo ideal encontra-se
entre 6 e 7. Ou seja, com ciclos acima de 7, as perdas adicionais de água são irrisórias, não
compensando os riscos do aumento do tempo de residência.
FRAYNE (1992) destaca em artigo publicado pela revista Hydrocarbon Processing
quatro etapas para o reúso de água e minimização de efluentes: (1) maximizar a utilização das
instalações existentes, (2) executar projetos de pequeno custo capital, (3) priorizar a
eliminação de grandes volumes através dos projetos de maior investimento capital e (4) ir
além das limitações na etapa 3, até descarga zero. Para maximizar a utilização das instalações
existentes, sugere um balanço de água completo para definir as origens dos efluentes e o
consumo de água. Qualquer balanço de água será específico do local. Variáveis tais como
capacidade da planta, complexidade, idade e localização terão um impacto importante no
balanço individual da água. A qualidade da água local impactará diretamente, limitando os
ciclos de concentração. Um trabalho analítico extensivo junto com observações de campo
identifica quantidades e qualidades dos efluentes, e posteriormente, análise dos dados através
de métodos estatísticos complementam a tarefa. Várias etapas nesta fase do trabalho podem
99
ser implementadas, tais como a contabilidade unidade por unidade das fontes de rejeitos
líquidos. A tabela 20 mostra a faixa de dados coletados por Frayne em vários estudos.
Tabela 20 - Origem de efluentes de refinarias
Origem
Pré-tratamento
Purga de caldeira
Águas acres
Salmoura
Sanitários/laboratórios
Purga de torres de resfriamento
Água de chuva
Perda de condensado
Percentagem
2–5
4–8
10 – 30
10 – 20
1 – 10
20 – 40
6–8
20 – 40
Fonte: FRAYNE (1992).
Cada um desses efluentes tem seu próprio tipo de contaminante característico. Por
exemplo, a salmoura é tipicamente rica em óleo emulsionado, óleo livre, sólidos totais
dissolvidos e orgânicos solúveis. Por outro lado, a água ácida é normalmente rica em amônia
e fenóis, mas é normalmente pobre em sólidos dissolvidos totais. As purgas de caldeiras e
torres de resfriamento são geralmente ricas em sólidos dissolvidos mas pobres em substâncias
orgânicas. Em praticamente todas as inspeções de área, uma porção significativa de perdas de
água tem como origem condensado não coletado ou perdido por vazamentos. Esta água é
considerada de alta qualidade e ainda é freqüentemente um dos principais contribuintes da
carga de efluentes.
A tabela 21 compara os usos de água em refinarias americanas, conforme pesquisa de
FRAYNE (op.cit.). Os principais destinos de consumo são os volumes de reposição das torres
de resfriamento e caldeiras. Isto sugere que o principal objetivo de qualquer aplicação de
reúso em uma refinaria de petróleo seja a necessidade de encontrar-se água para essas
aplicações.
Tabela 21 - Uso de água em refinarias americanas
Uso
Reposição de caldeira
Reposição de torre de resfriamento
Reposição no processo
Diluição na dessalgadora
Sanitários/laboratórios
Fonte: FRAYNE (1992).
Percentagem
20 – 30
60 – 70
< 1
4
4
100
Sendo as torres de resfriamento os principais usuários de água, e a qualidade de água
necessária menos exigente, as aplicações de reúso são principalmente focadas para essa
aplicação. A segunda etapa para otimizar o reúso envolve a execução de projetos de pequeno
investimento e a utilização cuidadosa dos gastos orçamentários. Para as torres e caldeiras, a
instalação de sistemas de controle automatizados da purga pode gerar grande economia por
volume de efluente lançado. Modificações no programa químico de tratamento com o uso de
estabilizadores podem aumentar os limites restritivos
de algumas espécies de minerais
dissolvidos, como a sílica. A otimização de programas de tratamento dos condensados de
vapor pode garantir uma qualidade adequada para retorno ao sistema, bem como melhorar na
redução de vazamentos. Se não for economicamente viável retorná-lo para o sistema,
reorientá-lo para a torre de resfriamento mais próxima para reúso pode ser uma boa
alternativa (FRAYNE, idem).
Também o uso não tradicional da água de chuva como reposição pode ser viável. Mas,
tudo isso, segundo Nalco Chemical Co., Kurita do Brasil e Betzdeardorm (empresas
tratadoras de torres de resfriamento da Petrobras), requer um controle mais rígido nos
programas de tratamento químico para garantir a performance, tornando-se fundamental que o
sistema contemple um controle analítico e estatístico eficaz. Na terceira etapa, projetos de
maior investimento capital proporcionam grandes reduções nos efluentes. Isso pode incluir
operações unitárias para remover contaminantes e minimizar volumes até atingir a descarga
zero, ou alteração de processos como a utilização de gás em estripagens ao invés de vapor, ou
ainda uso de efluentes hídricos em sistemas de refrigeração de sistemas abertos (FRAYNE,
idem).
Os sistemas de tratamento de água de resfriamento das refinarias da Petrobras
trabalham com ciclos de concentração que podem variar de 2,5 até 10. Essa grande variação é
função de muitos fatores tais como, qualidade do manancial de água bruta, tecnologia de
tratamento da água de reposição, nível de tratamento da água recirculada em função do
material dos equipamentos de troca térmica, localização geográfica da refinaria etc., e, mais
recentemente, do nível de conscientização da necessidade da economia de recursos hídricos.
Admitindo-se a uniformização até um ciclo equivalente a 10, seria possível ter uma economia
média de recursos hídricos da ordem 500 m3/h de água, equivalente ao consumo de cerca de
48.000 habitantes. Na tabela 22, foram compilados dados operacionais de 10 refinarias num
mesmo momento. Embora, tais números sejam oriundos de um raciocínio simplificado (não
foram apuradas as condições que levavam a operação naquele momento aos valores
101
computados), mostram o potencial para economia de água em torres de resfriamento ao
trabalhar com ciclos otimizados.
Tabela 22 - Economia hipotética nas refinarias com aumento de concentração
Refinaria
A
B
C
D
E
F
G
H
I
L
Vazão recirc.
(m3/h)
24200
17000
2400
14000
33000
44000
18000
7000
1700
23000
Evaporação
(m3/h)
436
306
43
252
594
792
324
126
31
414
Ciclo
3
6
4
8
4,5
6
9
3,5
2,5
5
Make-up
(m3/h)
653
367
58
288
764
950
365
176
92
518
Make-up
p/ciclo 10
484
340
48
280
660
880
360
140
34
460
Economia
(m3/h)
169
27
10
8
104
70
5
36
17
58
Fonte: O próprio autor.
É importante ressaltar, também, que a água circulada em torres de resfriamento é
tratada com produtos químicos objetivando a inibição de corrosão, controle do crescimento
biológico e ajuste de pH. É recomendável que esses produtos químicos não sejam tóxicos e
que não ultrapassem limites estabelecidos pelos órgãos ambientais para seu descarte. A
minimização ou a eliminação da toxicidade da purga poderá facilitar eventuais tratamentos de
recuperação da água descartada possibilitando assim, considerável economia de reposição.
3.2.1.2 Despejos dos Processos e Sistemas de Tratamento
Conforme citado no capítulo 2 (item 2.3) desse trabalho, parte dos descartes das
refinarias é gerada nos próprios processos de tratamentos. Sistemas convencionais de
tratamento de água geram lamas químicas pela introdução de produtos químicos coagulantes e
floculantes como sulfato de alumínio e/ou sulfato férrico. Tais produtos são geralmente
adicionados em solução e elevam naturalmente o volume de descarte. De forma semelhante,
no tratamento final dos efluentes, produtos são introduzidos aumentando volumes
descartados. Como alternativa de minimização de efluentes, o American Petroleum Institute
sugere a substituição de tais produtos por polímeros catiônicos e aniônicos que reduzem de
0,1 a 0,2 % o volume de lodo gerado.
102
Também nas operações de retrolavagens de filtros, processos de lavagem, enxagüe e
regeneração de resinas em leitos de troca iônica são gerados efluentes que podem ser
minimizados através de procedimentos operacionais cuidadosos e eventualmente, regenerados
para reúso.
3.2.1.3 Águas Pluviais
Muitas refinarias têm áreas pavimentadas livres de óleo, como ruas, estacionamentos,
áreas de tanques de produtos que estão segregados etc. Assim, as águas pluviais dessas áreas
contêm baixa contaminação natural e podem ser separadas das correntes de águas
contaminadas que são direcionadas para tratamento nos separadores de água-óleo da refinaria.
Em algumas situações, o uso de águas pluviais como reposição de torres de resfriamento pode
ser possível, mas há diversos fatores que necessitam ser considerados cuidadosamente.
A maioria das águas pluviais coletadas em áreas relativamente limpas têm baixas
dureza e concentração de sólidos dissolvidos, podendo ser bombeadas diretamente em lugar
de água fresca. Devido à baixa dureza da água de chuva, as instalações para clarificação da
água de reposição de torres de resfriamento podem ser desviadas diminuindo os custos de
tratamento e reduzindo a quantidade de despejos do processo de clarificação que devem ser
tratados para disposição final.
Em 2002, o autor, durante visita técnica à Refinaria de Manguinhos, no Rio de Janeiro,
constatou eficiente sistema de coleta de águas pluviais direcionadas para uma lagoa aerada.
Essa água acumulada após aeração é utilizada como reposição do sistema de resfriamento e
reserva para combate a incêndio. Embora não tenham sido informados os custos do
tratamento anticorrosivo, o retorno financeiro é compensatório em função dos custos da água
fornecida pela companhia de abastecimento da cidade.
3.2.1.4 Outras Fontes
Um exemplo prático e bem sucedido de reúso é relatado em artigo da Betzdearborn
(FERNANDES, 1999) sobre experiência em torre de resfriamento de uma importante planta
de etileno no Brasil. O trabalho apresentado no IWC de 1999 destaca a utilização de água
contaminada como reposição da torre e a mudança no programa químico de tratamento para
atender às novas condições do sistema. A torre operava anteriormente com duas fontes de
103
água de reposição, sendo 70% de água fluvial de baixa qualidade e 30% de água municipal
tratada ao custo médio de US$ 0,32/m3 e US$ 2,95/m3 respectivamente. Com a utilização de
produtos químicos mais específicos para os contaminantes presentes na água fluvial, e
controles operacionais mais eficazes, a torre passou a operar utilizando 100% da reposição
com a água contaminada, proporcionando uma economia de US$ 2,7 milhões por ano,
aumento do ciclo de operação de 4,5 para 6,0, com redução de 28 m3/h na purga minimizando
o impacto ambiental e diminuindo os custos do programa de tratamento (Fernandes, 1999).
MCINTYRE (1993), membro do BetzDearborn Water Management Group, faz uma
abordagem da utilização de efluentes secundários industriais e domésticos como makeup de
torres de resfriamento. A qualidade dos efluentes analisados por MCINTYRE (idem) é
mostrada na tabela 23 observando-se que, os parâmetros dureza, condutividade, demanda
química de oxigênio e amônia são os principais problemas no reúso em torres.
Tabela 23 - Comparação de efluentes secundários de refinaria e doméstico
Parâmetro
pH
Ca, (mg/L CaCO3)
Mg, (mg/L CaCO3)
Alcalinidade (mg/L CaCO3)
Cloreto (mg/L)
Sulfato (mg/L)
Condutividade (µmhos)
NH3 (mg/L)
P (mg/L PO4)
SiO2 (mg/L)
DQO (mg/L)
DBO5
Na (mg/L)
Efluente de refinaria
7,6
168
82
140
178
189
1300
8 – 10
1–2
6,0
30 – 50
5 – 10
180
Efluente doméstico
7,4
98
46
110
77
90
530
12 – 14
10 – 14
4,0
40
10 – 20
79
Fonte: MCINTYRE (idem).
Um resumo da experiência de MCINTYRE (idem) aponta um aumento da atratividade
do reúso desde que algumas modificações no programa de tratamento sejam implementadas,
tanto para os efluentes industriais quanto para os domésticos em razão de fatos observados
que incluem:
104
a) Para make up com os efluentes secundários de refinaria:
− Necessidade suplementar de inibidores de corrosão ao cobre devido à presença de
NH3 no makeup e subseqüente aumento na demanda de Cl2.
− Permutadores de calor críticos (e temperaturas de água quente) podem determinar
o programa de controle de scale (incrustração).
− Orgânicos solúveis (medidos como DQO) que não são removidos por tratamento
de lodos ativados, não são estripados na torre ou oxidados pelo cloro.
− Podem ser alcançadas taxas de corrosão ao aço de 0,026 mm/ano.
b) Para make up com os efluentes secundários domésticos:
− Variabilidade na concentração de ortofosfato da água de makeup pode levar a taxas
de corrosão mais altas do que o esperado.
− A concentração de metais, como Pb, Zn e Cu na entrada pode aumentar os
problemas de descarte após elevados ciclos de concentração.
− Orgânicos solúveis, medidos como TOC, não são estripados na torre ou oxidados
até certo ponto pelo Cl2.
− As taxas de corrosão ao aço podem atingir 0,052 mm/ano em uma torre operada
com ciclo de concentração 10.
Na avaliação, MCINTYRE (op.cit.) objetivou mostrar a viabilidade técnica da
utilização dos efluentes secundários na reposição da água de torres de resfriamento industriais
e a necessidade de implementar programas de tratamento diferenciados, sem fazer entretanto,
qualquer consideração com relação aos custos dessas alternativas, o que pode também ser um
fator decisivo.
3.2.1.5 Correntes Hídricas da REDUC
A partir dos dados de campo coletados durante trabalho de auditorias internas, visando
identificar possíveis desperdícios de água na Refinaria Duque de Caxias, foram listadas
vazões de parte dos efluentes gerados. As vazões foram medidas nos locais, sem entretanto
caracterizar quimicamente as correntes, razão pela qual ao se apontarem possíveis destinos
para aproveitamento dessas correntes, baseou-se exclusivamente em experiência prática dos
105
profissionais que elaboraram a lista de oportunidades de melhorias e no conhecimento que se
tem das instalações listadas.
Utilizando esse cenário, uma avaliação para possibilidades de reúso é feita a partir do
fluxograma simplificado do circuito hídrico da Refinaria Duque de Caxias, mostrado na figura
19, que apresenta um balanço de massa médio do ano de 2001 tomado como base. Nesse
modelo, os fluxos das correntes são apresentados em m3/h.
154
Flare
245
P
R
O
C
E
S
S
O
194
94
Geração
de vapor 2
446
Torre
2
142
150
Geração
de vapor 1
48
30
238
200
Torre
1
251
65
88
470
Pol.
201
Agua
Bruta
1492
Clarif
570
Desmi
Filt.
Dessalgadora
(entrada do
petroleo
p/processo)
100
Inc.
Lav
141
24
15
Potavel
ETDI
980
41
90
90
141
100
377
ETE
217
Indust
Diversos
Lav.
Reg.
14
Pluviais
Figura 19 - Circuito hídrico base (Reduc)
Fonte: O próprio autor.
Na figura 20, é apresentada uma proposta de reúso interno com aproveitamento das
principais correntes e o fluxo médio estimado possível para o novo circuito. Nesse caso,
optamos por uma ação de melhoria de procedimentos e tratamentos das correntes internas de
processo visando reduzir a adução de água bruta. As ações estabelecidas foram a elevação do
ciclo de tratamento das torres de refrigeração, a utilização do condensado da unidade de
tratamento de águas ácidas para diluição da carga nas dessalgadoras e o retorno dos lodos de
tratamento da água para os clarificadores após centrifugação.
106
154
Flare
245
194
Geração
de vapor 2
446
P
R
O
C
E
S
S
O
94
Torre
2
104
150
Geração
de vapor 1
10
200
Torre
1
167
171
470
Pol.
17
80
92
Agua
Bruta
65
Clarif
570
Desmi
Filt.
ETDI
639
854
Dessalgadora
81
15
100
Inc.
Lav
41
24
15
Potavel
41
60
90
10
80
Centrifugação
297
ETE
20
141
217
Indust
Diversos
Lav.
Reg.
14
Pluviais
Figura 20 - Circuito com reúso interno (Reduc)
Fonte: O próprio autor.
Na figura 21, mostra-se, para o mesmo circuito, uma rota com a regeneração e reciclo
do efluente da ETDI. Nesse caso, há um investimento maior em equipamentos para tornar as
correntes passíveis de reutilização. Parte do volume tratado na Estação de Tratamento de
Despejos Indústrias – ETDI – é retornada para o sistema de make-up das caldeiras de alta
pressão. Nesse arranjo, admitimos uma recuperação na osmose de 65% (eficiência prática
informada ao autor em visita a indústria do ramo petroquímico) e 90% na microfiltração. Fazse necessário, entretanto, ter-se o entendimento que os números relativos à recuperação de
tais sistemas têm que ser estimados com a implantação de unidades piloto, especialmente
projetadas para a qualidade dos efluentes.
107
154
Flare
251
245
446
P
R
O
C
E
S
S
O
Geração
de vapor 2
94
35
142
Torre
2
446
194
Pol.
Geração
de vapor 1
150
30
30
238
65
200
Torre
1
686
Osmose Reversa
136
Filtração
CAG
240
136
Agua
Bruta
986
Clarif
124
24
Filt.
Desmi
ETDI
41
141
1260
100
Inc.
Inc.
Lav
24
Potavel
15
574
Dessalgadora
41
90
90
141
538
10
Microfilt.
ETE
90
317
217
Pluviais
Diversos
Indust
14
Figura 21 - Circuito com regeneração do efluente final (Reduc)
Fonte: O próprio autor.
A tabela 24 permite-nos comparar os três balanços.
Tabela 24 - Comparação dos impactos do reúso de efluentes
Correntes de entrada:
Reposição de água bruta
Reposição das torres
Reposição das caldeiras
Água potável
Industrial
Águas pluviais
Reciclo do efluente
Correntes de saída p/ETDI:
Purga das torres
Purga da caldeiras
Perdas de processo
Dessalgadora
Base
Redução na fonte
Reciclo
1492
380
470
100
377
14
0
1151
271
470
100
297
14
0
986
380
470
100
317
14
686
136
65
251
90
0
0
171
90
136
65
251
90
108
Tabela 24 - Comparação dos impactos do reúso de efluentes
Esgoto doméstico e laboratórios
Diversos
Águas pluviais
Purgas da ETA
Incêndio
Descarte de osmose
Lavagem de pré-trat. osmose
Entrada da ETDI
Vazão de descarte
Base
0
217
0
80
141
0
0
980
980
Redução na fonte
0
217
0
20
141
0
0
639
639
Reciclo
10
217
0
80
141
240
30
1260
574
Fonte: O próprio autor
Das opções apresentadas, em termos de volumes, o reciclo de efluente da EDTI é o
que apresenta melhores resultados tanto na redução de água bruta aduzida, quanto do
lançamento de efluentes no corpo receptor. Os grandes inconvenientes a serem considerados,
entretanto, são a capacidade hidráulica adicional requerida para a estação de tratamento e os
investimentos necessários para a regeneração através de osmose. Sob o ponto de vista técnico,
portanto, a opção do reciclo é viável e aufere ganhos ambientais ao prover uma economia de
recursos naturais da ordem de 34%. Há também uma redução de 41% no volume de efluente
lançado, embora não haja alteração da carga poluidora.
Para a opção de reaproveitamento exclusivamente das correntes internas de processo,
tem-se uma redução de 23% na adução de água bruta e de 35% no efluente final gerado.
Diversas outras opções de arranjo podem ser propostas para o circuito. Cada uma
delas apresentando vantagens e desvantagens que dependerão dos objetivos a serem
alcançados. O arranjo ideal poderá ser obtido com a aplicação da teoria do ponto de
estrangulamento.
3.2.2 Opções de Correntes Externas
3.2.2.1 Baía de Guanabara e Rio Iguaçu
A dessalinização de água do mar tem sido praticada regularmente há mais de 50 anos e
constitui-se um meio bem consolidado de suprimento de água de muitos países, especialmente
no Golfo Pérsico. Para SEMIAT (2000), já é possível, técnica e economicamente, produzir
109
água de excelente qualidade em larga escala através de processos de dessalinização. Para o
autor, a barreira do custo alto tem sido vencida nos últimos anos uma vez que o m3 de água do
mar dessalinizada caiu a níveis de 50 a 80 cents de dólar e a dessalinização de água salobra na
faixa de 20 a 35 cents/m3. SEMIAT (idem), entretanto, não cita a tecnologia de dessalinização
utilizada para atingir tais valores.
O alto custo está muito atrelado ao consumo de energia. Segundo GEISLER (1998),
um sistema de osmose reversa para dessalinização de água marinha consome cerca de 5,90
kWh/m3 de permeado (água filtrada), caindo para 4,30 kwh/m3 em sistemas com recuperação
de energia.
Para SCHNEIDER (2001), a queda dos custos da dessalinização de água do mar por
osmose reversa está associada, principalmente, à redução do consumo de energia por m3 de
água filtrada a partir dos anos 90 com o desenvolvimento de unidades de recuperação de
energia do permeado. O permeado sai do módulo de osmose com uma pressão de cerca de 1 a
2 bar abaixo da pressão de operação da membrana. Diferenciais de pressão maiores
destruiriam a integridade física da membrana. O sistema de recuperação de energia é acionado
pela pressão do permeado e transfere parte dessa energia para a água de alimentação.
As principais tecnologias para dessalinização utilizadas são processos evaporativos
que requerem considerável consumo de energia térmica e, mais recentemente, processos de
membrana (osmose reversa). Para FURUKAWA (1997), a osmose reversa é a mais
promissora tecnologia para utilização em águas tanto salobras, quanto salinas.
Mesmo com as previsões otimistas, entendemos que há desafios importantes a serem
vencidos para que a tecnologia de osmose reversa seja plenamente viabilizada mundialmente.
Esses desafios estão sendo encarados pelos fornecedores de membranas que têm se dedicado à
pesquisa de materiais com resistência às pressões que variam de 10 a 25 bar para permear
águas salobras e 50 a 80 bar para águas do mar.
A conversão da água pode atingir 90 a 95% no caso de águas levemente salobras, mas
cai para 35 a 50% para água do mar. A baixa conversão é obtida principalmente em situações
de “mar fechado” como o Mar Vermelho e Golfo Pérsico, segundo o próprio autor do artigo.
Outro aspecto importante a considerar é a questão ambiental quando tratamos da
dessalinização de águas salinas ou salobras em função da disposição da salmoura produzida.
A composição do concentrado não é a mesma da água do mar pela adição de produtos
químicos no processo e sua disposição no solo deve aumentar a salinidade dos aqüíferos
subterrâneos.
110
A Baía de Guanabara, como dito anteriormente, teve fundamental importância na
escolha da localização da Refinaria Duque de Caxias. Desde sua implantação, a água da baía é
utilizada em sistema aberto de refrigeração das unidades de destilação, craqueamento e
tratamento de combustíveis.
Em função de recente compromisso assumido pela Petrobras e a Secretaria Estadual de
Meio Ambiente e Desenvolvimento, em que se estabeleceu o Termo de Compromisso de
Ajuste Ambiental no qual se prevê a eliminação desse sistema, entendemos não haver, no
momento atual, qualquer possibilidade da utilização desse meio hídrico, a menos de situações
emergenciais de combate a incêndio. Entretanto, ao se fazer uma análise para efeito de
comparação com as outras alternativas de utilização de recursos hídricos pela Reduc,
entendemos que a captação de água da baía em substituição às fontes atuais possa ser uma
opção futura, caso necessário.
A Reduc construiu no passado um canal para tomada de água salgada da baía para
atender ao sistema de refrigeração aberto e, em análises da água naquele ponto, com objetivo
de gerar hipoclorito de sódio através de processo eletrolítico, verificou-se que a salinidade
variou de 12.000 a 18.000 ppm de cloretos.
Essa baixa concentração de sais em relação à água do mar é, certamente, devido à
influência da desembocadura de rios na região conferindo a esse ponto, praticamente, a
condição de água salobra (salinidade entre 0,5 ‰ e 30 ‰) apesar de pertencer à Classe 7,
águas salinas (> 30 ‰) conforme Resolução Conama 20/86. Sob o ponto de vista do
tratamento através de membranas filtrantes constitui-se uma vantagem pela menor pressão
requerida na osmose reversa.
Quanto à utilização do rio Iguaçu com o mesmo propósito (substituição ou
complementação das fontes de captação atuais), parece-nos mais viável uma eventual
abordagem para outorga junto à Serla, se as condições técnicas forem favoráveis
comparativamente às demais. Cabe ressaltar, que a viabilidade real de qualquer desses
projetos ora sugeridos depende fundamentalmente de avaliação final através de planta-piloto e
análise econômica.
A bacia do rio Iguaçu apresenta uma área de drenagem de 726 km2, dos quais 168
km2 representam a sub-bacia do rio Sarapuí (principal afluente), e abriga todo o
Município de Belford Roxo e parte dos Municípios do Rio de Janeiro, Nilópolis, São
João do Meriti, Nova Iguaçu e Duque de Caxias, inseridos na Região Metropolitana
do Rio de Janeiro. Limita-se ao norte com a bacia do rio Paraíba do Sul, ao sul com
a bacia dos rios Pavuna/Meriti, a leste com a bacia dos rios Saracuruna e
Inhomirim/Estrela e a oeste com a bacia do rio Guandu e outros afluentes da Baia de
Sepetiba. O rio Iguaçu tem suas nascentes na serra do Tinguá, a uma altitude de
cerca de 1000 m. Desenvolve seu curso no sentido sudeste, com uma extensão total
111
de cerca de 43 km, desaguando na Baía de Guanabara. Ao atingir a área de baixada
encontra uma grande concentração urbana, onde vivem mais de 2 milhões de
pessoas em baixas condições de qualidade de vida, com mais da metade da
população vivendo com renda familiar inferior a um salário mínimo e cerca de 23%
das famílias em condições de indigência. As condições de saneamento básico,
educação, saúde e infra-estrutura urbana são extremamente precárias. A coleta de
lixo cobre menos de 60% da bacia e de forma irregular. As redes de esgotamento
sanitário atendem a apenas 21% das residências e o abastecimento d’água a 51%.
Atualmente, cerca de 180 mil pessoas vivem na área inundável da bacia, onde as
condições sócio-ambientais são críticas. O lixo e o esgoto das casas são lançados nos
rios e canais, piorando as condições de escoamento e de qualidade das águas. A
erosão das margens e das encostas desmatadas produzem sedimentos que, carreados
para os rios, reduzem a capacidade de escoamento e retêm o lixo acumulado.
(FBDS, 2002)
Além de todas essas condições geradoras de poluição no rio descritas de forma sucinta
em relatório de levantamento realizado para a Petrobras pela Fundação Brasileira para o
Desenvolvimento Sustentável, a influência da maré elevando consideravelmente a salinidade
da água no trecho próximo à Reduc, potencializa a dificuldade de sua utilização como fonte
de suprimento de água. Por outro lado, a utilização do canal do Cunha para a ETA da Prosint
(empresa do ramo petroquímico localizada no Rio de Janeiro) e do rio Tamanduateí para a
ETA da Recap (Refinaria de Capuava), corpos hídricos considerados extremamente poluídos
por esgotos domésticos e industriais, apontam para a possibilidade de seu aproveitamento.
São necessários, portanto, estudos específicos atualizados sobre o rio que apontem
todas as suas condições ambientais, como qualidade da água em todo o seu curso, perfil de
vazões mínimas e máximas, principais usuários dos recursos, disponibilidades futuras e outras
informações que possam estabelecer suas condições para atender à necessidade da refinaria.
Como, entretanto, o presente trabalho visa apontar alternativas que podem ser desenvolvidas a
posteriori, e por entendermos que a barreira técnica para tratamento de água está superada,
julgamos pertinente conjecturar sobre alguns dados disponibilizados em trabalhos já
realizados para a Petrobras.
A utilização de qualquer manancial para uso consuntivo de uma indústria tem que
passar por um processo de outorga, no qual será estabelecida a vazão possível de utilização.
Segundo o Artigo 9 da Portaria 272 da Serla (Superintendência de Rios e Lagos do RJ) de 11
de dezembro de 2000, a análise do pedido de outorga, do uso de recursos hídricos atualmente
considera os seguintes critérios para as águas superficiais:
112
a) Os aspectos quantitativos da água do corpo hídrico, nos pontos indicados para
captação.
b) A adoção dos dados fornecidos no relatório “Estudo das Vazões Mínimas dos
Principais Cursos de Água do Estado do Rio de Janeiro” elaborado pela Feema,
em 1978, para fins de estimativa da vazão mínima dos cursos de água, salvo se
existirem, para a bacia hidrográfica sob exame, estudos mais atualizados.
Como vazão máxima utilizável deve-se considerar:
− 80% do Q7, 10 do curso de água junto à seção de interesse, para captação com fins
de abastecimento humano;
− 50% do Q7, 10 do curso de água junto à seção de interesse para os demais casos de
uso consuntivo.
A vazão média do rio Iguaçu, conforme ROSMAN (2001 apud BIDONE e
CARVALHO, 2003), é de 12,94 m3/s. Porém, a vazão mínima estimada é de 2,58 m3/s o que
naturalmente limita a adução pela refinaria. Atualmente, essa vazão recebe a contribuição de
6,85 m3/s da bacia de resfriamento da Reduc (captada da baía de Guanabara) cuja previsão
para fechamento é de 2004, conforme Termo de Compromisso de Ajustamento Ambiental.
Com relação à qualidade da água, a Feema realizou um levantamento de vários
parâmetros no período de 1999 a 2001 com 3 pontos de coleta a seguir denominados:
− IA260, a montante dos lançamentos de efluentes da Reduc, na ponte da Rodovia
Washington Luiz (P1 na figura 22);
− IA261, a jusante dos lançamentos da Reduc (P2 na figura 22);
− IA262, a jusante da confluência com rio Sarapui, próximo à foz (P5 na figura 22).
Na figura 22 esses pontos são indicados e as tabelas 25, 26 e 27 apresentam um
sumário estatístico dos resultados.
113
Campos
Elíseos
Rio Iguaçu
P1
P2
P4
Rio Sarapuí
Favela
Beira-Mar
Figura 22 - Foto aérea da região da Reduc e pontos de coleta de amostras
Fonte: Adaptada pelo autor.
P3
Aterro
Sanitário
P5
BAÍA
114
Tabela 25 - Qualidade do rio Iguaçu na estação IA260
PARÂMETROS
Nº
dados
Mínimo
Percentil
Mediana
Percentil
25
Máximo
75
Temp. Amostra (oC)
16
18
22
23
26
31
Temperatura Ar (oC)
16
20
25
28
30
34
pH
18
6,0
6,4
6,8
6,9
7,9
R.N.F.T. (mg/L)
15
20
22
25
30
40
R.F.T. (mg/L)
13
180
470
930
5900
17570
O.D. (mg/L)
18
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,3
2,0
D.B.O. (mg/L)
18
8,0
11,5
20
28
40
D.Q.O. (mg/L)
17
20
50
60
80
140
N Kjeldahl (mg N/L)
16
1,6
4,0
6,0
9,5
15
Nitrito (mg/L)
17
0,002
0,004
0,005
0,007
0,04
Nitrato (mg/L)
18
< 0,01
0,03
0,04
0,09
0,7
N Amoniacal (mg/L)
17
0,70
2,20
2,65
4,00
12
Ortofosfato (mg P/L)
18
0,04
0,33
0,75
1,28
2,20
Fósforo Total (mg P/L)
18
0,40
1,00
1,53
2,02
3,80
Condutividade
(µmho/cm)
18
190
550
850
2.200
8.850
Cloreto (mg Cl/L)
17
40
110
180
600
2.740
Fenóis (mg/L)
8
< 0,001
-
< 0,001
-
0,01
Cianeto (mg/L)
16
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,01
Cromo (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,01
Manganês (mg/L)
17
0,1
0,17
0,2
0,25
0,3
Ferro (mg/L)
17
0,85
1,30
1,80
3,50
8,5
Níquel (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,01
0,09
Cobre (mg/L)
17
< 0,005
< 0,005
< 0,005
0,005
0,06
Zinco (mg/L)
17
< 0,005
0,015
0,02
0,03
0,35
Cádmio (mg/L)
17
< 0,001
< 0,001
0,002
0,002
0,006
Mercúrio (µg/L)
17
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,1
Chumbo (mg/L)
17
< 0,01
0,02
0,02
0,02
0,17
HPA’s (µg/L)
4
10
-
14,5
-
28
Fonte: FEEMA (2001).
115
Tabela 26 - Qualidade do rio Iguaçu na estação IA261
PARÂMETROS
Nº
dados
Mínimo
Percentil
Mediana
Percentil
25
Máximo
75
Temp. Amostra (oC)
17
18
22
24
27
32
Temperatura Ar (oC)
17
20
25
28
30
34
pH
18
6,3
6,5
6,8
6,9
7,7
R.N.F.T. (mg/L)
15
3,6
20
25
30
250
R.F.T. (mg/L)
13
230
620
1700
5800
14000
O.D. (mg/L)
18
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,1525
2,0
D.B.O. (mg/L)
18
4,0
13
20
20
60
D.Q.O. (mg/L)
17
20
40
70
140
500
N Kjeldahl (mg N/L)
16
2,0
4,0
6,5
7,5
17
Nitrito (mg/L)
17
0,002
0,002
0,005
0,008
0,01
Nitrato (mg/L)
18
< 0,01
< 0,01
0,02
0,06
0,25
N Amoniacal (mg/L)
17
0,70
1,9
2,7
3,5
19
Ortofosfato (mg P/L)
18
0,02
0,40
0,60
1,08
2,30
Fósforo Total (mg P/L)
18
0,40
0,85
1,25
1,80
3,40
Condutividade
(µmho/cm)
18
90
1150
3000
5400
16300
Cloreto (mg Cl/L)
17
120
222,5
460
1590
5240
Fenóis (mg/L)
8
< 0,001
-
0,001
-
0,01
Cianeto (mg/L)
14
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
Cromo (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,03
Manganês (mg/L)
17
0,11
0,14
0,18
0,25
0,25
Ferro (mg/L)
17
0,65
1,10
1,60
2,50
3,5
Níquel (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,02
0,09
Cobre (mg/L)
17
< 0,005
< 0,005
< 0,005
0,001
0,08
Zinco (mg/L)
17
< 0,005
0,015
0,02
0,05
0,14
Cádmio (mg/L)
17
< 0,001
< 0,001
0,002
0,002
0,008
Mercúrio (µg/L)
17
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,1
Chumbo (mg/L)
17
< 0,01
0,02
0,02
0,04
0,12
HPA’s (µg/L)
4
8
-
14
-
37
Fonte: FEEMA (2001).
116
Tabela 27 - Qualidade do rio Iguaçu na estação IA262
PARÂMETROS
Nº
dados
Mínimo
Percentil
Mediana
Percentil
25
Máximo
75
Temp. Amostra (oC)
17
18
22
24
25,5
31
Temperatura Ar (oC)
17
20
26
27
30
34
pH
18
6,5
6,7
6,9
7
7,8
R.N.F.T. (mg/L)
15
10
20
25
30
40
R.F.T. (mg/L)
13
460
1100
2300
6180
9300
O.D. (mg/L)
18
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
2,0
D.B.O. (mg/L)
18
15,0
20
26
30
50
D.Q.O. (mg/L)
17
50
70
120
180
250
N Kjeldahl (mg N/L)
16
5,0
7,5
9,0
12
21
Nitrito (mg/L)
18
< 0,001
0,002
0,004
0,006
0,009
Nitrato (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
0,02
0,05
0,1
N Amoniacal (mg/L)
17
1,3
2,15
2,8
7
12
Ortofosfato (mg P/L)
18
0,30
1,18
1,64
1,90
2,90
Fósforo Total (mg P/L)
18
1,00
1,73
2,50
2,75
3,70
Condutividade
(µmho/cm)
18
190
1660
3000
8000
14000
Cloreto (mg Cl/L)
18
100
535
930
2440
3420
Fenóis (mg/L)
8
< 0,001
-
< 0,003
-
0,02
Cianeto (mg/L)
16
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
Cromo (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,02
Manganês (mg/L)
17
0,11
0,16
0,18
0,2
0,65
Ferro (mg/L)
17
0,30
0,65
0,80
1,20
4,0
Níquel (mg/L)
17
< 0,01
< 0,01
< 0,01
0,03
0,1
Cobre (mg/L)
17
< 0,005
< 0,005
< 0,005
0,001
0,04
Zinco (mg/L)
16
< 0,005
0,015
0,025
0,04
0,17
Cádmio (mg/L)
17
< 0,001
< 0,001
0,002
0,002
0,02
Mercúrio (µg/L)
17
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,15
Chumbo (mg/L)
17
< 0,01
0,02
0,02
0,08
0,25
HPA’s (µg/L)
4
10
-
14,5
-
28
Fonte: FEEMA (2001).
117
Essas tabelas foram montadas pela Feema com objetivo de avaliar as condições
ambientais do rio Iguaçu e a influência da Refinaria no seu grau de poluição. Além disso,
foram também elaborados gráficos do tipo box plot.
Uma análise desses dados revela que os valores de cloreto e condutividade são
coerentes e mostram o efeito da maré, apresentando concentrações decrescentes a medida que
se caminha para montante do rio.
Dados mais atualizados, levantados em trabalho realizado pela Universidade Federal
Fluminense e Fundação Euclides da Cunha para atendimento à Petrobras são apresentados em
seguida, com as considerações dos autores do documento referentes aos mesmos pontos de
coleta da figura 22.
Os dados de área de bacia recoberta por cada ponto de amostragem foram obtidos a
partir dos mapas apresentados nos relatórios do Programa de Despoluição da Baía de
Guanabara (JICA, 1994). Os dados de vazão correspondem aos valores médios para épocas de
seca na região do estudo. Esses dados são apresentados na tabela 28.
Tabela 28 - Dados de vazão dos rios Iguaçu e Sarapuí
PONTOS DE AMOSTRAGEM
Ponto
Rio Iguaçu
Ponto 1
Vazão
M3/s
19,2
Área
Km2
519
Rio Iguaçu
Ponto 2
20,1
544
Rio Iguaçu
Ponto 3
26,8
559
Foz do Rio Sarapuí
Ponto 4
16,2
165
Foz do sistema Iguaçu-Sarapuí
Ponto 5
42,9
728
Fonte: BIDONE (2003).
As tabelas 29 e 30 apresentam concentrações de parâmetros incluídos no TCAA, por
dia amostrado e médias da campanha. Para estes, a legislação ambiental brasileira em vigor,
visando à qualidade das águas (Resolução Conama no 20 de 18 de junho de 1986), estipula
para as águas de Classe 2 (classificação da Feema para os rios incluídos neste estudo),
padrões de qualidade para fenóis, OD, sulfetos, DBO, benzo-a-pireno e metais, os quais são
mostrados nas tabelas.
118
Tabela 29 - Parâmetros indicadores de poluição em águas fluviais
Data
Dia 29/04
Dia 30/04
Ponto
MS
RNFT
O&G
Fenóis
DQO
DBO
COT
CT
ml/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
P1
2,5
53
8,1
<0,1
149
15,0
3,5
3,6
P2
1,6
57
<0,1
164
12,0
2,5
3,2
P3
2,8
55
5,7
<0,1
185
12,0
4,5
5,1
P4
4,2
84
8,8
<0,1
274
29,0
8,5
8,5
12,4
<0,1
181
3,5
4,1
<0,1
214
1,0
1,0
P1
P2
Dia 02/05
Dia 03/05
Médias
P3
4,5
<0,1
219
1,0
1,0
P4
5,9
<0,1
281
5,5
6,3
P1
5,0
59
1,8
<0,1
197
19,0
4,5
5,0
P2
5,5
64
8,0
<0,1
167
17,0
7,5
8,1
P3
4,8
62
2,8
<0,1
193
14,0
6,5
7,2
P4
9,2
95
12,0
<0,1
342
39,0
11,5
12,1
P1
6,6
<0,1
202
P2
1,8
<0,1
223
P3
1,2
<0,1
219
P4
28,1
<0,1
472
P1
3,8
56,0
7,2
182
17,0
3,8
4,2
P2
3,6
60,5
4,9
192
14,5
3,7
4,1
P3
3,8
58,5
7,1
204
13,0
4,0
4,4
P4
6,7
89,5
13,7
342
34,0
8,5
9,0
2,5
53
8,1
Padrão
0,001
<5,0
Notas: (1) Resultados em ppm, exceto MS: ml/L
(2) MS: Materiais Sedimentáveis, RNFT: Resíduo Não Filtrável Total,
COT: Carbono Orgânico Total, CT: Carbono Total
Fonte: BIDONE (2003).
119
Tabela 30 - Parâmetros não metálicos nas amostras de águas fluviais
Data
Dia 29/04
Dia 30/04
Dia 02/05
Dia 03/05
Médias
Coprostanol Colesterol HPA (1) Σ 16 HPA(2)
NH4+
OD
S-2
mg.L-1
mg.L-1
mg.L-1
μg.L-1
μg.L-1
μg.L-1
μg.L-1
P1
1,7
0,04
0,05
44,6
26,4
2,22
0,34
P2
2,5
0,07
0,05
36,0
24,0
P3
4,0
0,05
0,3
32,6
19,2
0,68
0,10
P4
5,8
0,04
1,5
61,5
36,3
1,55
0,14
P1
3,7
0,00
0,1
22,0
16,1
0,72
0,10
P2
4,7
0,04
0,2
16,4
18,0
P3
4,3
0,15
0,1
10,5
8,7
0,88
0,06
P4
6,4
0,05
1,9
41,4
32,3
P1
0,1
0,03
1,0
69,4
28,6
0,68
0,08
P2
0,1
0,01
1,2
35,9
28,9
0,88
0,09
P3
0,1
0,02
1,1
18,9
19,6
0,65
0,07
P4
0,1
0,08
4,1
55,8
43,9
P1
1,2
0,06
0,2
36,7
16,4
0,93
0,11
P2
0,1
0,13
0,4
30,5
15,5
0,96
0,08
P3
0,1
0,18
0,05
15,0
5,3
0,63
0,10
P4
0,2
0,00
1,9
74,7
50,8
2,90
0,23
P1
1,7
0,03
0,3
43,2
21,9
1,13
0,16
P2
1,8
0,06
0,5
29,7
21,6
0,92
0,09
P3
2,1
0,10
0,4
19,2
13,2
0,95
0,08
P4
3,1
0,04
2,4
58,3
40,8
2,23
0,19
>5,0
0,002
Ponto
Padrão
Notas: (1) somatório dos 37 HPA analisados (2) somatório dos 16 HPA prioritários (EPA)
Fonte: BIDONE (2003).
As considerações que se seguem são transcritas do relatório final (BIDONE, idem):
As concentrações de OD, DBO e sulfetos fora dos padrões estabelecidos em todos
os pontos nos dias amostrados, indicam sistemas hídricos poluídos e extremamente
carentes em oxigênio (anóxicos).
Esses resultados indicam sistemas fluviais com cargas orgânicas elevadas,
fortemente influenciadas por efluentes domésticos. Isso pode ser confirmado pelas
altas concentrações encontradas para Coprostanol e Colesterol, substâncias
indicadoras desse tipo de efluente (os maiores valores médios estão associados aos
Pontos 1 e 4). Os dados de amônia são característicos de rios poluídos a altamente
poluídos, sobretudo por efluentes domésticos (BIDONE et al., 1999). Alguns dados
120
de carbono (COT e CT) são altos quando comparados com rios não poluídos (no
geral esses ficam abaixo de 5 mg. L-1).
As cargas de RNFT não são incomuns, mesmo considerando alguns rios não
contaminados (para efluentes domésticos os valores médios
são de
aproximadamente 200 mg.L-1). Por outro lado, os dados de DQO são elevados e
indicam a presença de materiais fortemente refratários, cuja fonte pode ser antrópica
mas, também, natural. Óleos e graxas, e a presença de concentrações relevantes de
HPAs, completam o quadro característico de alta poluição dos sistemas estudados,
sendo que os maiores valores médios encontram-se nos Pontos 1 e 4, reforçando sua
origem em efluentes domésticos.
A tabela 31 apresenta, para efeito comparativo, parâmetros de qualidade de algumas
fontes de captação de água industrial de refinarias da Petrobras e do rio Iguaçu, considerados
fundamentais na avaliação da potencialidade de seu uso.
3.2.2.2 Efluente de ETE Municipal
A reutilização de águas de esgotos tratados para fins não potáveis pode ser um
importante mecanismo no aproveitamento de recursos hídricos.
A água livre de organismos patogênicos e que normalmente é devolvida aos rios pode
ser utilizada para várias finalidades, como: limpeza pública, irrigação de jardins, refrigeração
de equipamentos industriais e lavagens de veículos.
Há um mercado potencial muito grande para essa água ser reutilizada. Em São Paulo,
a Sabesp introduziu em três estações de tratamento de esgotos (ETEs) a possibilidade de reúso
da água a um custo bem inferior ao da água potável (HESPANHOL, 1999; National Research
Council, 1998 apud TUNDISI, 2003).
BLUM (2003) observa que há um grande número de casos bem sucedidos de reúso de
água em termelétricas nos Estados Unidos, especialmente nos estados da Califórnia, Texas e
Nevada em que a água de reúso é proveniente de estações de tratamento de esgotos
municipais.
121
Tabela 31 - Qualidade da água captada em mananciais para refinarias da Petrobras
Rio
Rio
Rio
Rio
Rio
Rio
Rio
Jaguari Guandu Saracuruna Paraiba Cubatão Tamanduateí Iguaçu
(Recap-SP)
(RJ)
PARÂMETROS (Replan- (Reduc- (Reduc-RJ) do Sul (RPBC(RevapSP)
RJ)
SP)
SP)
pH
6,7 – 7,5
O.D. (mg/L)
6,5 – 6,8
5,4 – 7,2
5,5 – 6,5
6,4 – 7,4
6,9 – 7,3
0,6 – 2,7
0,1 – 6,6
1,8 – 6,0
4,8 – 7,3
< 0,1
DBO5,20 (mg/L)
3 – 11
2,0 – 110
1–2
< 0,1
109 – 159
DQO (mg/L)
15 – 58
10 – 120
4 – 20
< 17
157 – 305
Nitrato (mg N/L)
0,02 –
0,25
< 0,005 –
0,032
0,76 – 4,8
0,01 – 0,6
0,02 –
0,70
0,001 –
0,06
0,02 –
0,09
0,04 –
0,92
0,01 –
0,06
27 – 67
0,02 – 0,25
4 – 10
Fósforo Total (mg
P/L)
R.F. (mg/L)
1,10 –
4,90
0,125 –
0,80
104 – 192
75 – 128
42 – 8690
0,05 –
0,28
0,009 –
0,017
0,02 –
0,14
0,20 –
1,20
0,02 –
0,09
7 – 130
R.N.F. (mg/L)
13 – 101
10 – 39
2 – 50
4 – 91
6 – 73
36 – 368
R.T (mg/L)
Turbidez (NTU)
Cloreto (mg Cl/L)
117 – 235
22 – 160
2,7 – 6,2
8 – 69
1,9 – 5,2
5 – 20
7 – 1000
47 – 172
10 – 92
3,1 – 7,0
35 – 140
3 – 10
0,5 – 9,3
449 – 814
15 – 42
60,3 – 104,0
Condutividade
62 – 179
60 – 1600
47 – 94
46 – 68
689 – 918
Ferro (mg Fe/L)
2,76 –
11,50
0,01 –
0,20
<0,003 –
0,008
1,1 – 20
0,37 –
3,16
0,03 –
0,09
< 0,001
0,40 –
0,63
0,06 –
0,11
< 0,002
1,15 – 15,30
52,161
2,25
0,15
Nitrito (mg N/L)
Amônia (mg N/L)
Kjeldahl (mg N/L)
Manganês (mg
Mn/L)
Fenóis (mg/L)
Sílica (mg/L)
Q7,10 (m3/s)
5,147
0,001 – 0,05
0,3 – 4,6
0,5 – 3,5
0,1 – 1,1
0,27 –
1,59
0,08 – 0,3
0,001 – 0,004
1,8 – 4,8
130
0,004 – 0,06
17,3 – 23,6
21,7 – 29,6
2,11 – 4,50
388 – 512
0,33 – 0,52
0,057 – 2,60
6,3 –
7,7
< 0,1 –
2,0
4,0 –
60
20 –
500
0,01 –
0,25
0,002 –
0,01
0,70 –
19,0
2 – 17
0,40 –
3,40
230 –
14000
3,6 –
250
120 –
5240
90 –
16300
0,65 –
3,5
0,11 –
0,25
< 0,001
– 0,01
1,2 – 3,25
2,58
Nota 1: Pontos de coleta correspondem a estações na captação da refinaria
Nota 2: Tabela montada a partir de tabelas de relatórios da FBDS/Petrobras para avaliação da disponibilidade de
recursos hídricos nas refinarias
O.D.: Oxigênio Dissolvido; DBO: Demanda BioQuímica de Oxigênio; DQO: Demanda Química de Oxigênio
Condutividade: (μmho)/cm)
Fonte: Cetesb, Feema, Petrobrás (relatórios internos).
122
TAY e CHUI (1991), em artigo publicado pela revista Water Science and Technology,
abordam o reúso de efluentes na ilha de Cingapura, onde foi construída uma estação de
tratamento avançado para tratamento de efluentes secundários de 45.000 m3/dia. O efluente
secundário é bombeado da estação de tratamento de esgoto municipal para a estação de
recuperação de água para reúso, cuja seqüência de tratamento empregado é: pré-cloração,
clarificação química, filtração rápida em leito de areia, aeração e pós-cloração. As
características do efluente secundário (alimentação) e do efluente para reúso são mostradas na
tabela 32.
Tabela 32 - Características do efluente para reúso em Cingapura
Parâmetro
Turbidez (JTU)
DBO5 (mg/L)
DQO (mg/L)
Oxigênio dissolvido (mg/L)
NH3-N (mg/L)
Sólidos suspensos (mg/L)
Sólidos Totais ( mg/L)
Cloreto (mg/L)
Dureza total (mg/L)
Fosfato total (mg/L)
Alcalinidade (mg/L)
Coliforme total/ml
Coliforme Fecal/ml
Efluente
Secundário
Efluente para Reúso
Faixa de variação
Média
13,5
17
84
2,7
32,1
20
505
80
133
3,9
182
3,5 x 104
4,2 x 102
1–2
2–4
30 – 42
5–6
15 – 25
2–5
260 – 900
95 – 390
80 – 190
1–3
130 – 165
-
1,5
2,7
36
5,8
20
3
415
221
126
1,7
140
-
Fonte: TAY e CHUI (1991).
Para utilização dessa água em substituição à água com qualidade potável de reposição
das torres de resfriamento em 1984, uma das refinarias da ilha investiu US$ 300.000,00 na
instalação adicional de tubulações, válvulas de controle, sistema automático de dosagem de
produtos químicos, cloradores e filtro de areia. O efluente reutilizado é utilizado para
refrigeração de 52 bombas e no descoqueamento dos tubos dos fornos da refinaria. Além
dessas aplicações, a água de reúso substituiu também água potável dos toaletes e lavagens em
geral, proporcionando uma economia de 10.000 m3/mês de água potável.
A ETE municipal mais próxima da Reduc com capacidade e instalações que podem
gerar volume de efluentes para atendimento às necessidades de uma indústria do porte da
refinaria está em fase de construção pelo Governo Estadual, sob administração da Companhia
Estadual de Águas e Esgotos (CEDAE), localizada em Vigário Geral a cerca de 15 km de
123
distância.
A construção dessa ETE faz parte do Programa de Despoluição da Baía de
Guanabara e trata-se de um sistema de lodos ativados, sendo que a primeira etapa (tratamento
primário) já foi concluída e encontra-se em funcionamento.
3.2.3 Viabilidade Técnica e Econômica
Na abordagem da viabilidade econômica das oportunidades ora citadas como
alternativas de reúso para a Reduc, é adotada a metodologia estabelecida por RICHARD
(1998) na avaliação de projetos recentes, complementada com informações e critérios
praticados na indústria de petróleo nacional quando julgados pertinente. Nesse caso, são
referenciados para melhor julgamento do leitor.
A metodologia utilizada para estimativa dos custos de reúso está baseada na aplicação
prática de diversas instalações americanas e, embora haja diferenças em relação a algumas
parcelas para os custos nacionais (mão de obra e serviços, por exemplo), entendemos que as
parcelas principais como equipamentos e materiais têm custo universal, haja vista o caráter
internacional dos fornecedores de tecnologias. Além disso, em análises comparativas, tais
diferenças tendem a tornarem-se nulas para efeito de avaliação final quando utilizados os
mesmos critérios.
SANTOS (2003), ao abordar a metodologia de RICHARD (op.cit.), faz uma síntese de
aspectos relevantes na estimativa dos custos de sistemas de reúso os quais reproduzimos:
Devem ser considerados:
− Custos de construção;
− Custos anuais de operação e manutenção;
− Custos do volume anual produzido, ou custos da vida útil, combinando-se a
amortização do investimento com os custos anuais de operação e manutenção,
representando o resultado em reais/1.000 metros cúbicos/ano.
Os custos da vida útil são úteis na comparação de alternativas econômicas ao projeto
de reúso, devendo ser feita em conjunto com a estimativa da receita esperada
durante um período específico de tempo (20 anos, por exemplo). Pode então ser
identificado o ponto de equilíbrio receita/despesa do projeto.
Os custos são estimados levando-se em conta a capacidade da instalação, a
finalidade do reúso e a configuração do tratamento selecionado. RICHARD (1998)
assume custos de implantação do canteiro e do sistema elétrico, respectivamente
iguais a 10% e a 15% do custo total da instalação.
Os custos anuais de operação do sistema de tratamento e distribuição incluem
salários, energia elétrica, produtos químicos e manutenção referentes a reparos e
substituição de peças. Os custos de pessoal dependem do porte e da complexidade
da instalação. Os custos de manutenção são tomados como 5% do custo inicial do
equipamento, salvo para a manutenção de tubulações e reservatórios, tomados como
2% do investimento.
124
Segundo RICHARD, os custos de operação e manutenção devem também abranger
os custos de manejo dos lodos primários, secundários em excesso e lodos químicos
de processos terciários, tomados como de US$ 150,00/tonelada de sólidos secos,
incluindo-se, nesse custo, algum tipo de digestão, bombeamento, desidratação e
reúso agrícola.
Os custos de investimento abrangem os de construção da estação de tratamento, dos
reservatórios e do sistema distribuidor, inclusive elevatórias.
Com base nos dados obtidos e acima sintetizados, as tabelas 33 a 35, a seguir, foram
montados e dão uma visão ótima de estimativas de custos de instalações de reúso pesquisadas
por RICHARD (1998):
Tabela 33 - Estimativa de custos de construção de estações recuperadoras
Processo de tratamento
Investimento, US$(a)
158 m3/h
788 m3/h
1577 m3/h
1. Tratamento primário
2.950.000
5.300.000
7.550.000
2. Lodo ativado convencional
6.100.000
14.400.000
24.900.000
3. Lodo ativado combinado com biofiltro
6.500.000
15.200.000
26.100.000
4. Aeração prolongada
5.700.000
13.200.000
24.950.000
5. Tratamento secundário mais instalação para
exigências do “Título 22 do Código da Califórnia”
8.400.000
18.400.000
35.300.000
6. Tratamento secundário mais filtração direta
6.900.000
15.700.000
30.000.000
7. Tratamento secundário mais filtração por contato
7.050.000
16.650.000
30.900.000
8. Tratamento secundário, filtração por contato e
remoção de fósforo
7.100.000
18.100.000
34.500.000
9. Processo Bardenpho
7.600.000
20.800.000
38.200.000
10. Tratamento secundário, filtração por contato,
adsorção por carvão
9.050.000
25.550.000
49.350.000
11. Tratamento secundário, filtração por contato,
adsorção por carvão, osmose reversa
13.450.000
43.800.000
84.150.000
12. Tratamento secundário, calagem, osmose reversa
12.100.000
35.450.000
65.450.000
(a)
Nota: Preços de junho de 1996 (ENRCCI = 5600).
Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD (1998).
125
Tabela 34 - Estimativa de custos de operação e manutenção de estações
Processo de tratamento
1. Tratamento primário
2. Lodo ativado convencional
3. Lodo ativado combinado com biofiltro
4. Aeração prolongada
5. Tratamento secundário mais Título 22
6. Tratamento secundário mais filtração direta
7. Tratamento secundário mais filtração por
contato
8. Tratamento secundário, filtração por contato,
remoção de fósforo
9. Processo Bardenpho®
10.Tratamento secundário, filtração por contato,
absorção por carvão
11. Tratamento secundário, filtração por
contato, absorção por carvão, osmose reversa
12. Tratamento secundário, calagem,
recarbonatação, osmose reversa
Custos de operação e manutenção (US$/ano)
158 m3/h
788 m3/h
1577 m3/h
150.000
530.000
960.000
270.000
930.000
1.730.000
300.000
1.060.000
1.990.000
300.000
1.030.000
1.950.000
520.000
1.960.000
3.810.000
350.000
1.200.000
2.290.000
340.000
1.200.000
2.280.000
660.000
2.730.000
5.340.000
280.000
820.000
1.040.000
3.400.000
2.120.000
6.680.000
1.240.000
4.960.000
9.600.000
1.060.000
4.230.000
8.100.000
Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD, 1998.
Tabela 35 - Custos da vida útil conforme o processo de tratamento
Processo de tratamento
1. Tratamento primário
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
2. Lodo ativado convencional
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
3. Lodo ativado combinado com biofiltro
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
4. Aeração prolongada
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
5. Tratamento secundário mais Título 22
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
Custos da vida útil, US$/1000m3
158 m3/h
788 m3/h 1577 m3/h
250
109
359
91
78
169
65
70
135
522
196
718
246
136
382
212
125
337
557
221
778
259
155
414
223
145
368
486
218
704
226
149
375
212
142
354
718
377
1095
315
285
600
301
277
578
126
Tabela 35 - Custos da vida útil conforme o processo de tratamento
Processo de tratamento
6. Tratamento secundário mais filtração direta
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
7. Trat. secundário mais filtração por contato
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
8. Trat. sec., filt. por contato, remoção de P
ƒ
Custo de construção
ƒ
Custo de operação e manutenção
ƒ
Total
9. Processo Bardenpho®
ƒ Custo de construção
ƒ Custo da operação e manutenção
ƒ Total
10. Trat. sec., filt. contato, adsorção por carvão
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
11. Ítem 10 seguido de osmose reversa
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
12. Tratamento secundário, calagem, CO2, osmose
reversa
ƒ Custo de construção
ƒ Custo de operação e manutenção
ƒ Total
Custos da vida útil, US$/1000m3
158 m3/h
788 m3/h 1577 m3/h
589
255
844
268
174
442
256
167
423
602
251
853
284
174
458
264
166
430
606
482
1.088
310
396
706
294
388
682
650
198
848
356
145
501
327
147
474
773
593
1.366
437
495
932
429
486
915
1.147
899
2.046
747
721
1.468
718
696
1.414
1.032
766
1.798
604
614
1.218
559
589
1.148
Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD (1998).
Freqüentemente, o planejamento de um sistema de recuperação de água recomenda a
implantação de tratamento avançado numa instalação existente, em vez da construção de uma
estação de tratamento de reúso totalmente nova. Para esses casos, os custos incrementais do
tratamento são avaliados isolando-se os componentes adicionais e estimando seus reflexos nos
custos operacionais da instalação (SANTOS, 2003).
O custo total por ano, ou custo anual durante a vida útil (life cycle cost), é obtido
dividindo-se o custo anual total (amortização anual do capital somada com o custo
operacional anual) pelo volume anual produzido. A análise do custo anual assume uma vida
útil de 20 anos e uma determinada taxa de retorno para o investimento.
A aplicação dos custos levantados por RICHARD (op.cit.) para o estudo de caso de
reúso do efluente final da Reduc, conforme figura 21, permite-nos a criação da tabela 36, a
127
seguir, considerando-se também a figura 8, referente à evolução decrescente dos custos de
membranas (principal componente de operação e manutenção), que se encontra no item 2.3.2,
“Tratamento com Membranas”.
Tabela 36 - Obtenção dos custos da vida útil para reciclo do efluente final com vazão de 700 m3/h
Discriminação
a) Vida útil da instalação
b) Taxa de retorno do investimento
c) Fator de recuperação do capital
d) Custo de construção
e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c)
f) Custo anual de operação e manutenção
g) Custo anual total (g = e + f)
h) Vazão da estação
i) Dias do ano
j) Vazão anual produzida
k) Custo da vida útil (k = g/j)
Unidade
Anos
% a. a.
US$
US$
US$
US$
m3/h
dias
1.000 m3
US/1000 m3
Quantitativo dado ou
calculado
20
10
0,11745
18.367.900
2.157.310
291.552*
2.448.862
700
365
6.132
339,35
Obs.: 1-não estão computados nessa avaliação os custos de investimento correspondentes à tubulação para
condução do fluido. 2- os custos de operação e manutenção excluem o tratamento secundário.
*Valor obtido multiplicando-se o fator 1/9 com relação ao ano de 1996, na figura 8.
Fonte: O próprio autor.
Para obtenção dos custos da vida útil é feita uma composição dos dados relacionados
nas tabelas 33, 34 e 35, considerando-se um tratamento de reciclo com filtração direta, carvão
ativado e osmose reversa.
A composição do custo de construção é elaborada a partir de uma adaptação da tabela
33, conforme o seguinte procedimento:
1) Construção da curva de investimentos para os itens 11, 7, 2 e 6, conforme as
figuras 23, 24, 25 e 26.
2) Interpolação dos valores correspondente à vazão desejada.
3) Do valor correspondente ao item 11, são subtraídos os valores dos itens 7 e 2, e em
seguida adicionado o valor do item 6. Dessa forma, é possível estabelecer os
valores para o arranjo correspondente à tabela 36.
128
MM U$
Investimento item 11- Tabela 33
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 1300 1400 15001600 1700
m3/h
Figura 23 - Curva de investimento para tratamento secundário, filtração por contato, adsorção por
carvão e osmose reversa
Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).
LA convencional - Item 2, Tabela 33
28
26
MMUS$
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
m3/h
Figura 24 - Curva de investimento para lodo ativado convencional
Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).
129
MMUS$
LA + Filtração Direta - Item 6, Tabela 33
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
m3/h
Figura 25 - Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração direta
Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).
LA + Filtração por contato - Item 7, quadro 10
34
32
30
28
26
MM US$
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
m3/h
Figura 26 - Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração por contato
Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).
130
Esse mesmo procedimento é adotado para o custo de operação e manutenção,
corrigindo-se o valor então obtido, segundo a curva da figura 8, item 2.3.2, anteriormente
citada.
Com base nesse conjunto de informações, é possível também estabelecermos o custo
da vida útil da instalação de um sistema de regeneração e reúso de efluente da ETA e das
torres através do processo de centrifugação (figura 20, no item 3.2.1.3), conforme mostrado
na tabela 37.
Tabela 37 - Custos da vida útil para centrifugação do lodo da ETA
Discriminação
Unidade
a) Vida útil da instalação
b) Taxa de retorno do investimento
c) Fator de recuperação do capital
d) Custo de construção
e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c)
f) Custo anual de operação e manutenção
g) Custo anual total (g = e + f)
h) Vazão da estação
i) Dias do ano
j) Vazão anual produzida
k) Custo da vida útil (k = g/j)
Anos
% a. a.
R$
R$
R$
R$
m3/h
dias
1.000 m3
R$/1000 m3
Quantitativo dado ou
calculado
20
10
0,11745
3.500.000,00*
411.075
150.000,00
561.075
152
365
1331
421,54
FRC = ( ( 1 + i )n. i / (1 + i )n – 1 ) onde: i = taxa anual de juros, decimal (10%) e n = vida útil do
equipamento.
* Custo de instalação completa de centrífuga na Reduc e tubulação de transporte para recuperação de blowdown
das torres de refrigeração.
Fonte: O próprio autor, adaptada de RICHARD (1998).
As tabelas 38 e 40 apresentam a previsão dos custos com as modificações simuladas
nas figuras 19, 20 e 21 (fluxogramas) e dos custos totalizados, usando vazões de reciclo de
700 m3/h e 600 m3/h respectivamente.
Os valores apresentados na coluna com título de “Arranjo Atual” são custos médios
contabilizados pela Reduc em 2001 e incluem mão de obra, energia, produtos químicos e
manutenção.
131
Tabela 38 - Estimativa de custo total da água na Reduc
CORRENTE
Bruta (incêndio etc)
Clarificada p/torres
Industrial de
serviços
Industrial recuperada
Desmineralizada
Potável
Descarga
clarificação
Polida
Tratamento do
efluente
Lançamento no rio
Total
Arranjo Atual
(figura 19)
R$/ m3/
R$/
m3
h
mês
Reúso Interno (figura
20)
R$/ m3/
R$/
m3
h
mês
Reciclo de Efluente
(figura 21)
R$/
m3/
R$/
m3
h
mês
0,16
141
16.243
0,16
81
9.331
0,16
141
16.243
0,51
380
139.536
0,51
271
99.511
0,51
380
139.536
0,32
377
86.861
0,32
297
68.429
0,32
317
73.037
0,42
0
0
0,42
152
45.965
0,42
0
0
0,52
24
8.986
0,52
24
8.986
0,52
24
8.986
0,396
100
28.512
100
28.512
0,396
100
28.512
0,32
24
5.530
0,39
6
0,32
24
5.530
0,32
24
5.530
0,679
446
218.040
446
218.040
1,79*
446
574.805
0,65
980
458.640
0,67
9
0,65
639
299.052
0,65
1260
589.680
980
639
962.348
574
783.356
1.436.329
(*) 0,65 R$ + (0,339 US$ x 2,9 R$/US$) + (0,679 – 0,52) R$
Fonte: O próprio autor.
Na tabela 38, é possível observar que as parcelas referentes à água polida e tratamento
de efluentes são determinantes no diferencial dos custos de cada arranjo. Isso se dá,
logicamente, porque o investimento para regeneração objetivou a produção de água para os
geradores de vapor, e a eficiência adotada de 65% reflete a situação mais desfavorável.
A qualidade da água de reúso produzida depende da qualidade do efluente da ETDI e
na literatura são citados sistemas de osmose com recuperação variando de 60 a 90%. Se
admitirmos, então, uma recuperação da osmose de 80% (projeto da Ondeo-Degremont de
água do rio Paraíba do Sul para a Revap), teríamos os seguintes valores finais para uma
osmose de 600 m3/h (tabela 39):
132
Tabela 39 - Exemplo de cálculo para tratamento do reciclo para 600 m3/h
Discriminação
Unidade
a) Vida útil da instalação
b) Taxa de retorno do investimento
c) Fator de recuperação do capital
d) Custo de construção
e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c)
f) Custo anual de operação e manutenção
g) Custo anual total (g = e + f)
h) Vazão da estação
i) Dias do ano
j) Vazão anual produzida
k) Custo da vida útil (k = g/j)
Quantitativo dado ou
calculado
20
10
0,11745
14.978.800
1.759.260
237.765*
1.997.025
600
365
5.256
379,95
Anos
% a. a.
US$
US$
US$
US$
m3/h
dias
1.000 m3
US/1000
m3
Obs.: 1-não estão computados nessa avaliação os custos de investimento correspondentes à tubulação para
condução do fluido. 2- os custos de operação e manutenção excluem o tratamento secundário.
* Valor obtido multiplicando-se o fator 1/9 com relação ao ano de 1996, na figura 8.
Fonte: O próprio autor.
Tabela 40 - Estimativa de investimento para reciclo do efluente da Reduc (Vazão de 600 m3/h)
Arranjo Atual
Reúso Interno
Reciclo de Efluente
CORRENTE
R$/
m3
m3/
h
R$/
mês
R$/
m3
m3/
h
R$/
mês
R$/
m3
m3/
h
R$/
mês
Bruta (incêndio etc)
Clarificada p/torres
Industrial de
serviços
Industrial recuperada
Desmineralizada
Potável
descarga clarificação
polida
Tratamento do
efluente
Lançamento no rio
Total
0,16
141
16.243
0,16
81
9.331
0,16
141
16.243
0,51
380
139.536
0,51
271
99.511
0,51
380
139.536
0,32
377
86.861
0,32
297
68.429
0,32
317
73.037
0,42
0
0
0,42
152
45.965
0,42
0
0
0,52
24
8.986
0,52
24
8.986
0,52
24
8.986
0,396
100
28.512
0,396
100
28.512
0,396
100
28.512
0,32
24
5.530
0,32
24
5.530
0,32
24
5.530
0,679
446
218.040
0,679
446
218.040
1,91*
446
613.339
0,65
980
458.640
0,65
639
299.052
0,65
1127
527.436
980
639
962.348
(*) 0,65 R$ + (0,380 US$ x 2,9 R$/US$) + (0,679 – 0,52)R$
Fonte: O próprio autor.
569
783.356
1.412.619
133
Não obstante o custo do tratamento com reciclo apresentar-se cerca de 47% mais alto,
é importante atentar para o fato de haver a necessidade de ampliação do tratamento
secundário na ETDI, haja vista a limitação de capacidade das lagoas de tratamento biológico
em 1.100 m3/h.
3.2.3.1 Estimativa do Custo de Utilização do Rio Iguaçu
A utilização do canal do Cunha como fonte de água em instalação industrial, visitada
pelo autor, permite-nos prever para efeito de análise, uma instalação para a Reduc composta
de elevatória, reservatório-pulmão para equalização de vazão e desinfecção, ultrafiltração e
osmose reversa, conforme diagrama simplificado da figura 27.
A tabela 41 mostra estimativa do custo da água produzida por essa alternativa,
utilizando a mesma metodologia anterior e considerando-se a produção de 600 m3/h.
Tabela 41 - Custos da vida útil para ultra e osmose do rio Iguaçu
Discriminação
a) Vida útil da instalação
b) Taxa de retorno do investimento
c) Fator de recuperação do capital
d) Custo de construção
e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c)
f) Custo anual de operação e manutenção
g) Custo anual total (g = e + f)
h) Vazão da estação
i) Dias do ano
j) Vazão anual produzida
k) Custo da vida útil (k = g/j)
Unidade
Anos
% a. a.
US$
US$
US$
US$
m3/h
dias
1.000 m3
US/1000 m3
Quantitativo dado ou
calculado
20
10
0,11745
15.000.000
1.761.750
238.101
1.999.851
600
365
5.256
380,5
Nota: Custo do projeto baseado em unidades em construção na Petrobras, de 3 milhões de dólares para
ultrafiltração de 600 m3/h na Reduc (captação do rio Saracuruna, tabela 31), e de 3 milhões de dólares para
osmose reversa de 120 m3/h na Replan (captação no rio Jaguari, tabela 31).
Fonte: O próprio autor.
134
Rio Iguaçu
Bacia existente
~ 140.000 m3
Rejeito da osmose
Osmose
Ultrafiltração
Reversa
Rejeito
ETDI
Figura 27 - Diagrama simplificado de aproveitamento do rio Iguaçu
Fonte: O próprio autor.
3.2.3.2 Impactos da Cobrança na Reduc Utilizando Critérios do Ceivap
O Conselho Nacional de Recursos Hídricos aprovou em 14 de março de 2002 a
cobrança pelo uso da água para a bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, estabelecida pelo
Ceivap (Comitê de Integração do Vale do Paraíba) segundo critério de cálculo que leva em
consideração a captação, o consumo e os níveis de lançamento no corpo receptor. A fórmula
de cálculo de pagamento pelo uso da água é a seguinte (PERES e Salati, 2003):
Valor (R$/mês) = Qcap x [Ko + K1 + (1 – K1) x (1 – K2 x K3)] x PPU
Onde:
Qcap: corresponde ao volume de água captada durante um mês, em m3/mês;
Ko: multiplicador de preço unitário para captação (inferior a 1,0 e definido pelo
Ceivap). Valor atual igual a 0,4 (definido pela Deliberação Ceivap no 08);
K1: quociente entre o volume consumido e o volume captado pelo usuário
(correspondente à parte do volume captado que não retorna ao manancial);
K2: percentual do volume de efluentes tratados em relação ao volume total de
efluentes produzidos;
K3: eficiência de redução de DBO na estação de tratamento de efluentes;
PPU: é o preço público unitário, em R$/m3. Valor atual igual a R$ 0,02/m3 (definido
pela Deliberação Ceivap no 08).
135
Apresentada em parcelas separadamente, captação, consumo e lançamento, pode ser
reescrita como segue:
Valor (R$/mês) = Qcap x PPU x Ko + Qcap x PPU x K1 + Qcap x PPU x (1 – K1) x (1 – K2 x K3)
Com base nessa fórmula de cobrança, a tabela 42 mostra comparativamente o impacto
para as cinco situações do nosso estudo de caso, considerando-se uma remoção de 85% de
DBO, enquanto a tabela 43 apresenta o retorno do capital em função dos valores após
modificações.
Tabela 42 - Estimativa do custo da cobrança pelo Ceivap
Custo
Arranjo
Captação
(m3/h)
Efluente
(m3/h)
Captação
(R$/mês) (%)
8.594
26,7
6.630
27,0
Consumo
(R$/ mês) (%)
21.485
66,7
16.574
67,4
Lançamento
(R$/ mês) (%)
2.117
6,6
1.380
5,6
Total
(R$/ mês)
32.196
24.584
Atual
1492
980
1151
639
Reúso
interno
Reciclo
986
574
5.679
26,9
14.198
67,2
1.240
5,9
21.117
Baía
1865
1353
10.742
32,4
19.483
58,8
2.922
8,8
33.147
Iguaçu
1865
1353
10.742
32,4
19.483
58,8
2.922
8,8
33.147
ETE
1865
1353
0
0
0
0
2.922
100
2.922
Obs.: 1) Para efeito estimativo, considerou-se uma eficiência de 80% nas alternativas, baía, Iguaçu e ETE. 2)
Sistema atual, reúso e reciclo, considerou-se todo volume captado como consumido devido transposição de
bacia.
Fonte: O próprio autor.
Tabela 43 - Relação investimentos, custos Ceivap e tempo de retorno
Arranjo
Atual
Reúso interno
Reciclo
Baía
Iguaçu
ETE
Investimento
estimado
(MM R$)
Custo médio
Ceivap
(R$/mês)
3,5
43,4
100,9(*)
100,9
-
32.196
24.584
21.117
33.147
33.147
2.922
(*) Tabela 33 (item 11 - item 10), considerando 2,9 R$/US$
Fonte: O próprio autor.
Economia
c/modificações
(R$/mês)
7.612
11.079
- 951
- 951
29.274
Retorno
(anos)
38,3
326
-
136
Na tabela 43, fica claro que do ponto de vista financeiro em se considerando
exclusivamente a estimativa atual da cobrança pelo uso através do Ceivap, o retorno
econômico somente seria possível teoricamente para os casos de reúso interno e regeneração
com reciclo, e mesmo assim, num prazo excessivamente longo.
137
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Uma análise crítica dos resultados obtidos com as simulações para o estudo de caso
montado para a Reduc permite-nos inferir algumas considerações extremamente importantes
para a gestão industrial de recursos hídricos, considerações essas relativas aos investimentos
necessários para atingirmos o produto final e os benefícios obtidos pela indústria e pela
sociedade com as transformações estabelecidas.
Em primeiro lugar, é preciso garantir a viabilidade técnica dos projetos no que
concerne à qualidade do produto (água para abastecimento da refinaria) e depois ordenar
segundo critérios de prioridades que estabeleçam a possibilidade de compará-los, tais como:
custo de investimento, facilidades operacionais, atendimento legal, economia de recursos de
operação e manutenção, ganho ambiental produzido, impacto na lucratividade do negócio,
para citar alguns, e os quais consideramos os mais importantes no momento. A ponderação
desses critérios deve ser estabelecida de acordo com o momento da análise, cabendo a quem
tem o poder da decisão julgá-los em função dos planos estratégicos da instalação industrial.
Ressalte-se, também, que a garantia de rentabilidade do negócio é o empreendimento como
um todo, no qual o recurso hídrico são um dos componentes de viabilização.
Com relação à viabilidade técnica das alternativas abordadas, podemos afirmar, por
tudo que foi explanado ao longo do trabalho, que as tecnologias existentes atualmente
possibilitam a transformação de quaisquer das fontes de água estabelecidas nas 5 alternativas
examinadas (reúso interno, reciclo com regeneração, água salgada da baía de Guanabara, água
salobra do rio Iguaçu e esgoto sanitário municipal) em recurso hídrico para aplicação na
refinaria. As modernas tecnologias de membranas filtrantes complementadas pelas operações
de polimento através de troca iônica garantem o mais alto nível de qualidade de água
necessário para os processos exigidos na indústria do refino de petróleo. Portanto, esse critério
é atendido plenamente.
Não há dúvidas de que a indústria de tratamento de água está atravessando um
importante momento, uma vez que a necessidade de aumentar a disponibilidade e a qualidade
de água tem crescido muito em várias regiões do planeta. O custo da produção está caindo e a
performance tem melhorado com uma produção cada vez mais eficiente. A qualidade de água
produzida já não é um problema técnico. A principal luta ainda é o custo da produção que,
embora em queda, ainda não atingiu níveis que possam ser praticada universalmente.
Quanto aos investimentos necessários para cada uma das opções, observa-se um
considerável emprego de recursos financeiros para atingir a qualidade de água desejada em
138
todas as alternativas apontadas. Dessas, um destaque especial para o caso de reúso interno que
apresenta as condições mais atrativas financeiramente. No caso mostrado, em que foram
aplicados tão somente princípios básicos de engenharia de processos, obtém-se uma economia
média de cerca de 19% nos custos mensais com investimentos em tubulação para transporte
do fluido e tratamento do lodo que somaram R$ 3,5 milhões.
Por outro lado, a opção do reciclo através da regeneração do efluente final exigiria um
capital estimado de R$ 43,4 milhões para construção de um sistema de tratamento para
recuperação da qualidade da água, acrescentando às despesas mensais cerca de R$ 450 mil, o
que corresponderia a 46,8 % de aumento nos custos atuais de tratamento. Ou seja, o custo
final da primeira alternativa, reúso interno, é praticamente a metade da opção de reciclo.
Os custos de investimento para as alternativas da baía de Guanabara e rio Iguaçu são
equivalentes pela qualidade das águas e similaridade no processo de tratamento, diferindo
apenas na quantidade (capacidade dos mananciais) possível de captação devido à restrição de
vazão mínima do rio Iguaçu. Esse diferencial favorece a opção pela baía, por economia de
escala. Considerando, portanto, o valor médio de R$ 1,10 por m3 de água permeada nesses
processos, e substituindo os novos valores correspondentes na tabela 40, os custos mensais
para o arranjo atual seriam elevados de R$ 962.348,00 para R$ 1.743.667,00, ou seja, um
acréscimo de 81% nos custos de tratamento.
Quanto à opção do aproveitamento dos esgotos municipais, os investimentos na
construção da estação de tratamento poderiam até ser inferiores aos demais, entretanto, a
distância da ETE de Vigário Geral implicando em desapropriações ao longo do trajeto e a
instalação de tubulação para transporte por um trajeto em regiões densamente povoadas com
consideráveis impactos ambientais, praticamente inviabiliza no momento essa opção perante
as demais, razão pela qual não a contemplamos na avaliação econômica. Ainda com relação à
opção pela ETE, entendemos que qualquer investimento nesse sentido somente seria
justificável como ação sócio-ambiental uma vez que para um investimento com retorno de 10
anos (tempo considerado razoável para investimentos de porte), o custo do empreendimento,
deveria atingir no máximo R$ 3.512.880,00, valor que não seria suficiente nem para
instalação da tubulação de transporte.
Para análise ambiental remetemo-nos às tabelas 24 a 30.
Do ponto de vista do corpo receptor de efluentes da refinaria (Rio Iguaçu), não haverá
ganho ambiental significativo com o reúso interno, haja vista que a redução de 341 m3/h no
lançamento não tem correspondência na carga de lançamento. Na verdade, ao menor volume
então a lançar, corresponderá a uma concentração maior de resíduos sólidos. A concentração
139
média de RNFT lançada pela refinaria no ano de 2001, por exemplo, foi de 27,8 ppm,
conforme relatórios Procon/Feema. Com a vazão do rio nas proximidades da Reduc de 26,8
m3/s (96.480 m3/h) e de lançamento de efluentes correspondendo a 0,272 m3/s (980 m3/h),
houve um acréscimo da ordem de 0,08% na concentração desses sólidos, se considerada a
concentração média do rio de 25 ppm conforme registrado pela Feema na tabela 25. Esse
percentual será mais elevado nas situações de vazão mínima do rio (2,58 m3/s) e terá efeito
diluidor nas situações em que as concentrações ultrapassem 30 ppm como os apresentados na
tabela 29. Em qualquer dos casos, tanto na concentração quanto na diluição, os valores de
registro apontam para impactos ambientais, sejam positivos ou negativos, que podem ser
considerados desprezíveis para efeito de mudança na qualidade do rio relativo a esse
parâmetro. Nesse caso, o benefício ambiental é auferido pelo rio Guandu que mantém em seu
leito 341 m3/h de água “outorgáveis” para outros usos.
Com a opção do reciclo, tem-se na prática a mesma condição de impactos ambientais
para o rio Iguaçu, enquanto o beneficio para o rio Guandu é aumentado para 406 m3/h de água
disponibilizada para outros usos.
A utilização da água da baía de Guanabara potencializa os ganhos ambientais para os
rios Guandu e Saracuruna uma vez que, em tese, não mais haveria necessidade de captação
desses mananciais. O rio Iguaçu, entretanto, poderia receber uma carga adicional de cloretos
com considerável aumento de sólidos dissolvidos e sofrer alterações de qualidade no ponto de
lançamento de efluentes. Ainda assim, num balanço geral esse cenário é positivo pela maior
importância dos rios Saracuruna e Guandu no abastecimento público, ao passo que não há
expectativa da utilização do rio Iguaçu para tal finalidade na área de influência da refinaria.
Em relação aos impactos advindos da Política Nacional de Recursos Hídricos e seus
desdobramentos, percebe-se a necessidade de um envolvimento estreito da atividade industrial
junto aos formuladores das políticas e/ou critérios de uso. A descentralização do
gerenciamento dos recursos hídricos possibilita uma participação ativa através dos Comitês de
Bacia que não pode ser negligenciada. Têm que partir do meio industrial iniciativas que
busquem aprimoramento das tecnologias que permitam o uso múltiplo da água, que
preservem as quantidades e qualidade para as próximas gerações, cabendo-lhes, portanto, a
responsabilidade também, pela elaboração de políticas internas que promovam a otimização
contínua do uso da água nos processos produtivos e garantam o desenvolvimento sustentável.
A cobrança estabelecida pelo Comitê de Bacia do Paraíba do Sul é de natureza quase
que absolutamente quantitativa, o que acaba nivelando todos os segmentos industriais. Na
prática, não há distinção entre as indústrias mais ou menos poluidoras, indústrias que utilizam
140
água como veículo de produção e indústrias que a utilizam como matéria prima incorporandoa ao produto e, portanto, “revendendo” o recurso.
Na fórmula que estabelece o valor final, tem-se o quociente correspondente à parte do
volume captado que não retorna ao manancial. Se tomarmos como exemplo uma refinaria de
petróleo e uma cervejaria, a água captada na refinaria que não retorna ao manancial é aquela
evaporada nas torres de resfriamento, enquanto que na cervejaria é parte integrante do produto
e componente do preço final. A taxa cobrada é a mesma. No lançamento também ocorre esse
nivelamento. O fator considerado qualitativo é a eficiência da redução de DBO do sistema de
tratamento, ou seja, não há nenhuma relação de fato com a qualidade do corpo receptor.
Com essa análise simples, podemos deduzir que o mecanismo adotado atualmente é
somente o “pontapé inicial” e, ao longo do tempo os ajustes virão para correção dessas
“distorções”. Os processos evoluirão gradativamente conforme tem ocorrido em países cujo
sistema de cobrança foi implantado há mais tempo.
Na França, por exemplo, a cobrança tem sido implementada de forma gradual com
filosofia que prevalece a qualidade. No sistema francês, conforme destacado por Seroa da
Motta (1998), a cobrança pela poluição inicialmente se baseava em matérias orgânicas e em
suspensão.
A salinidade e a toxicidade foram introduzidas em 1973 e 1974, nitrogênio e fósforo
em 1982, enquanto hidrocarbonetos e materiais inorgânicos em 1992; portanto, o custo
mensal registrado na simulação para pagamento da Reduc tende a evoluir no sentido da
qualidade do efluente, o que justifica o empenho na pesquisa e na adoção de mecanismos que
minimizem a captação de água, o lançamento de efluentes e aumente a eficiência dos
tratamentos.
141
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES
A pesquisa realizada permitiu identificar um grande desenvolvimento em tecnologias
de tratamento de águas servidas nos últimos anos, motivado pela escassez e/ou mau uso dos
recursos hídricos em algumas regiões.
A utilização de membranas filtrantes para tratamento de água de abastecimento é uma
tendência nas refinarias brasileiras e tem demonstrado que sua aplicabilidade em escala cada
vez maior está gradativamente substituindo os processos convencionais de tratamento.
Partindo de levantamento de investimentos anteriores, o trabalho possibilitou o
desenvolvimento de uma metodologia para estimar diferentes arranjos de sistemas de reúso
em refinarias.
O estudo de caso abordado indicou que o reúso interno de água na refinaria de
petróleo de Duque de Caxias é a opção mais atrativa financeiramente e que tem potencial para
melhorias com o desenvolvimento de metodologias de integração de processos como Water
Pinch. A regeneração com reciclo acaba ficando mais dispendioso tanto pelo maior
investimento quanto pelo acréscimo de efluentes transformados em carga para a Estação de
Tratamento de Despejos Industriais (ETDI).
Ecologicamente, a alternativa de utilização de água da Baía de Guanabara para
abastecimento de água industrial é o de menor efeito na Bacia Hidrográfica na qual a Reduc
está inserida, entretanto os custos de investimento e sua importância política, inviabilizam sua
aplicação no momento.
A alternativa de captação de água no rio Iguaçu tem as seguintes vantagens e
desvantagens em relação ao rio Guandu:
a) Vantagens:
− Captação mais próxima do ponto de consumo.
− Operação por empregados próprios.
− Monitoramento 24 horas com operação independente de terceiros.
− Menores custos de operação e manutenção do sistema de captação.
− Lançamento a montante da captação eliminando a transposição do Guandú.
142
b) Desvantagens:
− Regime de captação intermitente em função da maré, com penetração da cunha
salina.
− Alterações bruscas na qualidade da água com aumento da salinidade em marés
baixas e de matéria orgânica em período chuvoso.
− Vazão ecológica baixa dificultando a obtenção de outorga em volume que atenda
totalmente as necessidades da refinaria.
Com relação exclusivamente aos custos adicionais pelo cumprimento da Deliberação
CEIVAP no 8 de 06/12/2001, simulados na tabela 43, e, comparados com os valores totais
mensais das três alternativas da tabela 38, verifica-se que haverá uma redução de R$ 7.612,00
na tributação caso seja adotado o reúso interno. Se adotado o reciclo, essa redução será de R$
11.079,00.
Sendo os investimentos para tais alternativas de R$ 3,5 milhões e R$ 43,4 milhões,
respectivamente, os valores diminuídos não motivam a adoção de programas de investimentos
para minimização dos recursos hídricos pelo longo tempo de retorno do capital. Portanto, o
mecanismo da cobrança é um incentivo à redução de captação da água e ao uso racional,
entretanto, isoladamente, não justifica ainda investimentos em reúso.
A utilização de esgotos municipais tratados é uma boa alternativa para sistemas novos
sob o ponto de vista ecológico e legal. Sua adoção dispensa a necessidade de outorga de
captação e constitui exemplo para empresas socialmente responsáveis.
O estudo possibilitou identificar também a necessidade de manterem-se dados
atualizados, referentes à qualidade e quantidade de recursos hídricos disponíveis para as
instalações da Petrobras de maneira a acompanhar a evolução de suas transformações em toda
a extensão de sua influência.
Analisando as opções de uso dos recursos hídricos abordadas no trabalho, o quadro 5
resume algumas conclusões segundo os critérios financeiros e sócio-ambientais.
143
Alternativa
Reúso interno
Reciclo
Rio Iguaçu
Baía de Guanabara
ETE municipal
Critério Financeiro
Critério sócio-ambiental
Menor custo de investimento
com economia mensal de
18,6% dos custos atuais
Custo de investimento alto e
elevação dos custos mensais
em 49% dos custos atuais
Investimento muito alto com
custos mensais equivalentes ao
reciclo
Investimento altíssimo com
custos mensais elevados pela
disposição da salmoura
Menor ganho com redução de
23% na vazão de água captada
e 35% no volume descartado.
Maior ganho na redução de
34% na captação e 41,4% no
lançamento.
Redução na captação de água
mais nobre.
Investimento altíssimo com
custos mensais mais altos que
os atuais
Eliminação da captação de
água mais nobre, elevação da
vazão ecológica do corpo
receptor e eliminação de
transposição
Eliminação da captação de
água mais nobre, elevação da
vazão ecológica ou descarga
zero com retorno para ETE.
Quadro 5 - Comparação das alternativas ao sistema atual
Fonte: O próprio autor.
A dificuldade em se definir a alternativa mais adequada para um projeto de natureza
ambiental como o reúso em refinarias, fica caracterizada não apenas pela diversidade dos
itens de julgamento, mas principalmente pela qualidade e quantidade dos dados
disponibilizados e pelo caráter subjetivo da avaliação do dano e/ou ganho ambiental, ou ainda,
pelo ganho ou perda de imagem da empresa, o que induz à necessidade do prosseguimento de
estudos e pesquisas que possibilitem a criação de uma matriz de decisão, segundo critérios
que integrem os itens de julgamento aqui referenciados.
Portanto, considera-se pertinente que algumas sugestões sejam apreciadas de forma a
se construir uma massa de dados que complemente a nível nacional, o estudo ora apresentado.
Prioritariamente, sugere-se:
− a elaboração de planos de ação ambiental que contemplem a monitoração da
qualidade dos recursos hídricos da bacia hidrográfica na qual a instalação está
inserida;
− a busca permanente do estreitamento do relacionamento técnico com os órgãos
públicos de gerenciamento dos recursos hídricos, de forma a buscar soluções
conjuntas para atendimento aos diversos interesses de uso da água;
− que, como indutora e formadora de opinião junto aos diversos segmentos
industriais, a Companhia crie mecanismos que incentivem as empresas prestadoras
144
de serviços e fornecedores de materiais a adotar práticas de preservação dos
recursos hídricos como instrumento do desenvolvimento sustentável;
− que sejam estabelecidas parcerias com universidades e centros de reconhecida
competência científica para a elaboração de planos estratégicos de preservação dos
recursos naturais na área de influência das refinarias de petróleo e busca de
tecnologias na área de tratamento de água e efluentes.
145
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABE, T.; TOGASHI, T.; NISHIYA, Y. Carbon System solves refinery wastewater problem.
Oil & Gas Journal, 11 mai. 1981.
AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. A evolução da gestão dos recursos hídricos no Brasil.
Brasília, DF: ANA, 2002.
______. Programa de despoluição de bacias hidrográficas. Prodes: Despoluição de bacias.
Brasília, DF: ANA, 2001.
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Waste minimization in the petroleum industry.
API, n. 3020, nov. 1991.
BARROS, A. B. Na gestão de bacias hidrográficas, é preciso respeitar o espírito da Lei 9433:
a descentralização das decisões e a participação efetiva da sociedade civil. Águas do Brasil, n.
2, p.38-39, abr. 2000.
BARTH, F. T. Aspectos institucionais do gerenciamento de recursos hídricos. In:
REBOUÇAS, A. da C.; BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. Águas doces no Brasil: capital
ecológico, uso e conservação. São Paulo: Escrituras, 1999. cap. 17.
BEYCHOK, M. R. Aqueous wastes from petroleum and petrochemical plants. London: John
Wiley & Sons Ltd., 1967.
BIDONE, E. D.; CARVALHO, M. F. B. de. Caracterização ambiental e hidrodinâmica da
área de estudo: sistema Iguaçu-Sarapuí. Relatório RT BTA 005/2003, Rio de Janeiro,
Cenpes/Petrobras, mar. 2003.
BLUM, J. R. C. Critérios e padrões de qualidade de água. In: MANCUSO, P. C. S;
SANTOS, H. F. dos. Reúso de Água. Barueri: Manole, 2003. cap. 5.
BRAILE, P. M. Dicionário Inglês/Português de termos técnicos de ciências ambientais. Rio
de Janeiro: Sesi-DN-Cohisi, 1992.
______.; CAVALCANTI, J. E. W. A. Manual de tratamento de águas residuárias
industriais. São Paulo: Cetesb, 1979.
BRASIL. Constituição da República Federativa do Brasil (1988). OLIVEIRA, Cláudio
Brandão de. (Org.). 9. ed. Rio de Janeiro: DP&A, 2001a.
______. Lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio
Ambiente, seus fins e mecanismos de formulação e aplicação, e dá outras providências.
Legislação federal. São Paulo: Cetesb, 1986c.
______. Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos
Hídricos e cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. Política
nacional de recursos hídricos: legislação básica. Secretaria de Recursos Hídricos do
Ministério do Meio Ambiente, Brasília, DF, 2002a. p.23-41.
146
______. Lei nº 9.984, de 17 de julho de 2000. Dispõe sobre a criação da Agência Nacional de
Águas (ANA), entidade federal de implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos
e de coordenação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, e dá outras
providências. Política nacional de recursos hídricos: legislação básica. Secretaria de
Recursos Hídricos do Ministério do Meio Ambiente, Brasília, DF, 2002b. p. 43-57.
______. Portaria MS nº 1469/00. Dispõe sobre Procedimento e Responsabilidades no
Controle e Vigilância da Qualidade da Água para consumo Humano. Secretaria de Vigilância
Sanitária do Ministério da Saúde (MS), 2000.
______. Presidência da República. Decreto nº 24.643, de 10 de julho de 1934. Dispõe sobre o
Código de Águas. Disponível em: <http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/D24643.htm>.
Acesso em: 28 mar. 2003.
______. Resolução CNRH nº 05, de 05 de abril de 2000. Dispõe sobre o funcionamento dos
Comitês de Bacias Hidrográficas. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 11 abr. 2000a.
______. Resolução CNRH nº 16, de 08 de maio de 2001. Dispõe sobre a outorga de direito
de uso de recursos hídricos e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, DF,
14 mai. 2001b.
______. Resolução CNRH nº 17, de 29 de maio de 2001. Estabelece que os Planos de
Recursos Hídricos das Bacias Hidrográficas, instrumentos da Política Nacional de Recursos
Hídricos, serão elaborados em conformidade com o disposto na Lei nº 9.433/97, observados
os critérios gerais estabelecidos nesta Resolução. Diário Oficial da União, DF, 10 jul. 2001c.
______. Resolução nº 1, de 23 de janeiro de 1986. Conselho Nacional do Meio Ambiente.
Legislação federal. São Paulo: Cetesb, 1986a.
______. Resolução Nº 20, de 18 de junho de 1986. Dispõe sobre a classificação das águas
doces, salobras e salinas, em todo o Território Nacional, bem como determina os padrões de
lançamento. Diário Oficial da União, Brasília, DF, p. 11356, 30 jul. 1986b.
BRAGA FILHO, D. B; MANCUSO, P. C. S. Conceito de reúso de água. In: MANCUSO, P.
C. S; SANTOS, H. F. dos. Reúso de Água. Barueri: Manole, 2003. cap. 2, 579 p.
BROUCKAERT, C. J.; BUCKLEY, C. A. Water pinch analysis: a strategic tool for water
management in the food processing industry. 2002. Disponível em: <http://southafrica.ilsi.org/
file/water_re-se_water_Pinch.pdf>. Acesso em 28 jan.2003.
CANMET. Energy diversification research laboratory: reducing the water consumption of industrial
processes through process integration. 1999. Disponível em: <http://cedrl.mets.nrcan.gc.ca>. Acesso
em: 24 jan. 2004.
CULP, G. et al. Waste reuse and recycling technology. Nova Jersey: Noyes Data Corporation,
1980.
DANTAS, E. V. Tratamento de água de refrigeração e caldeiras. Rio de Janeiro: José
Olympio, 1988. 370 p.
DAVIES, W.J. et al. Intensified activated sludge process with submerged membrane
microfiltration. Water Science Tech., v. 38, p. 421-428, 1998.
147
EIGER, S. Autodepuração dos cursos d’água. In: MANCUSO, P. C. S; SANTOS, H. F. dos.
Reúso de Água. Barueri: Manole, 2003. cap. 7, 579 p.
ESTEVES, F. A. Fundamentos de limnologia. Rio de Janeiro: Interciência, 1988.
FERNANDES, R. A.; BENTO, A. A. Manutenção de desempenho eficaz do sistema de
resfriamento quando é utilizada a água de reposição contaminada. [s.l.]: IWC (International
Whaling Commission), 1999.
FINK, D. R; SANTOS, H. F. dos. A legislação de reúso de água. In: MANCUSO, P. C. S;
SANTOS, H. F. dos. Reúso de Água. Barueri: Manole, 2003. cap. 8, 579 p.
FRANK, L.A. The big splash. Secancus, N.J.; Carol Publishing, [s.d.].
FRAYNE, S. P. Minimize plant wastewater. Hydrocarbon Processing, Houston, p. 79-82,
ago.1992.
FUNDAÇÃO BRASILEIRA PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. Relatório
de levantamento realizado para a Petrobras sobre as condições geradoras de poluição no rio.
Rio de Janeiro: FBDS, 2002.
GOMES, J. F. S. Procedimento para minimização de efluentes aquosos. 2002. Tese
(Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) − Escola de Química,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2002.
GRULL, D.; EIGER S. Descarga zero e reúso para irrigação em parque temático. In:
MANCUSO, P. C. S; SANTOS, H. F. dos. Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 14,
579p.
HAMMER, Mark J. Sistemas de abastecimento de águas e esgotos. Rio de Janeiro: LTC,
1979.
HESPANHOL, I. Água e saneamento básico – uma visão realista. In: REBOUÇAS, A. da C.;
BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação.
São Paulo: Escrituras, 1999. cap. 8, 717p.
______. Potencial de reúso de água no Brasil: indústria, munícipio e recarga de aquiferos. In:
MANCUSO, P. C. S; SANTOS, H. F. dos. Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 3,
579p.
HIGGINS, T. E. Pollution prevention handbook. Boca Raton: Lewis Publishers, 1995. 556p.
HILSDORF, Antonio S. de C. Cadeia evolutiva de tratamento. In: ENCONTRO SOBRE
OSMOSE REVERSA DA PETROBRAS, 1., 27 mar. 2003. Rio de Janeiro: Recap, 2003.
KELMAN, J. Outorga e cobrança de recursos hídricos. In: THAME, A. C. de M. A cobrança
pelo uso da água. São Paulo: Instituto de Qualificação e Editoração, 2000. p. 93-113.
KURITA WATER INDUSTRIES LTD. Kurita handbook of water treatment. Tokio:
Shinjuku-ku, 1985.
148
LAVRADOR FILHO, J. Contribuição para o entendimento do reúso planejado da água e
algumas considerações sobre suas possibilidades no Brasil. Dissertação (Mestrado) − Escola
Politécnica de São Paulo, Universidade de São Paulo, São Paulo. 1987.
MANCUSO, P. C. S. Tecnologia de reúso de água. In: MANCUSO, P. C. S; SANTOS, H.
F. dos. (Ed.). Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 9, 579p.
MANN, J. G.; LIU, Y. A. Industrial water reuse and wastewater minimization. New York:
McGraw-Hill, 1999. 524p.
MARIÑAS, B. J. Reverse Osmosis Technology for wastewater reuse. In: MUJERIEGO, R;
ASANO, T. Water Science and Technology, v. 24, n. 9, 1991.
MCINTYRE, J. P. Reuse of industrial and domestic secondary treated wastewater as cooling
tower makeup. In: NACE ANNUAL CONFERENCE AND CORROSION SHOW. New
Orleans, 1993. [S.l.]: BetzDearborn, [1993]. 6p.
METCALF; EDDY. Wastewater engineering: treatment and reuse. 4. ed. Boston: McGrawHill, 2003. 1819p.
NARDOCCI, A. C. Avaliação de riscos em reúso de água. In: MANCUSO, P. C.
SANTOS, H. F. dos. Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 11, 579 p.
S;
NUNES, J. A. Tratamento fisico-químico de águas residuárias industriais. Aracaju: Triunfo,
2001.
OKAZAKI, M. Kurita handbook of water treatment. Tokio: Kurita Water Industries, 1985.
471 p.
PEMEX bate récord producción 3,37 millones barriles diarios en 2003. Disponível em:
<http://www.terra.com/actualidad/articulo/html/act169392.htm>. Acesso em: 16 fev. 2004.
PERES, A. L.; SALATI, E. Construção de cenários de disponibilidade hídrica [cd-rom]. Rio
de Janeiro: Fundação Brasileira para o Desenvolvimento Sustentável, 2003. CD-ROM.
PETROBRAS. Cadernos Petrobras, n. 3, ago. 2003.
PHILIPPI JR. A. Reúso de água: uma tendência que se firma. In: MANCUSO, P. C. S;
SANTOS, H. F. dos. Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 2, 579p.
PIRAS, P. R. F. Tratamento biológico de efluentes de refinaria de petróleo em lagoas
aeradas em série. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) − COPPE, Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 1993.
POLET, J. M.; DELAPLACE, P.; GILLS, W. Uma solução para o reúso de água. Revista
Saneamento Ambiental, v. 61, p. 41-43, nov. 1999.
POMPEU, C. T. Águas doces no direito brasileiro. In: REBOUÇAS, A. da C.; BRAGA, B.;
TUNDISI, J. G. Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. São Paulo:
Escrituras, 1999. cap. 18, 717p.
149
REBOUÇAS, A. da C. Água doce no mundo e no Brasil. In: REBOUÇAS, A. da C.;
BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação.
São Paulo: Escrituras, 1999. cap. 1, 717p.
______. Águas subterrâneas. In: REBOUÇAS, A. da C.; BRAGA, B.; TUNDISI, J. G.
(Org.). Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. São Paulo: Escrituras,
1999. cap. 4, 717p.
RICHARD, D. The cost of wastewater reclamation and reuse. In: ASANO, T. Wastewater
Reclamation and Reuse. Lancaster: Technomic Publishing Co. Inc., 1998. p.1335-95.
ROSSITER, P. A. Process integration and pollution prevention. AIchE Symposium Series, v.
90, n. 303, 1995.
SALATI, E.; LEMOS, H. M. de. Água e o desenvolvimento sustentável. In: REBOUÇAS, A.
da C.; BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e
conservação. São Paulo: Escrituras, 1999. cap. 18, 717p.
SANEAMENTO AMBIENTAL, n. 61, nov./dez. 1999.
SANTOS, H. F dos. A escassez e o reúso de água em âmbito mundial. In: MANCUSO, P. C.
S; SANTOS, H. F. dos. Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 1, 579p.
______. Custos dos sistemas de reúso de água. In: MANCUSO, P. C. S; SANTOS, H. F. dos.
Reúso de água. Barueri: Manole, 2003. cap. 12, 579p.
SEMADS. Secretaria do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável. Projeto Planágua.
Relatório. Rio de Janeiro: SEMADS/GTZ, 2001.
SEMIAT, R. Desalination: present and future. Revista Water International, vol. 25, n. 1, mar.
2000.
SEROA DA MOTTA, R. Utilização de critérios econômicos para a valorização da água no
Brasil. 2. ed. Rio de Janeiro: SEMA (Cooperação Técnica Brasil-Alemanha, Projeto
Planagua-SEMA/GTZ), 1998. 90p
SHCNEIDER, P. R.; TSUTIYA, T. M. Membranas filtrantes para tratamento de água,
esgoto e água de reúso. São Paulo: ABES, 2001. 234p.
TAY, J.; CHUI, P. Reclaimed wastewater for industrial application. Wastewater reclaimation
and reuse. Water Science and Technology, v. 24, n. 9, 1991.
TEIXEIRA, M. A. G. et al. Reutilização de correntes hídricas no refino. Relatório Petrobras.
Rio de Janeiro: Cenpes, 2002.
TUNDISI, J. G. Água no século XXI: enfrentando a escassez. São Carlos: RiMa, IIE, 2003.
248p.
USEPA. U. S. Environmental Protection Agency. Development document for proposed
effluent limitations guidelines and new source performance standards for the petroleum
refining. EPA 440/1-73/014. Washington: Effluent Guidelines Division, 1973.
150
WATSON, R. et al. Protecting our planet securing our future: linkages among global
environmental issues and human needs. [s.l.]: UNEP, NASA, World Bank, 1998.
WESTERHOFF, G.P. Un update of research needs for water reuse. In: WATER REUSE
SYMPOSIUM, 3. 1984. San Diego: Proceedings, 1984, p.1731-42.
WILF, M. Application of RO desalting technology for potable water production in USA.
Disponível em: <http://www. Hydranautics.com/docs/papers/15_tokyo.doc.pdf.>. Acesso em:
12 dez.2003.