REÚSO DE ÁGUAS NA
INDÚSTRIA
Prof. César Pereira
Processos Inorgânicos – FAT / UERJ
TERMINOLOGIA
(Resolução nº 54 do CNRH, de 28/11/2005)
“Estabelece modalidades e critérios gerais para a prática de reúso direto não
potável de água”
Reúso → utilização de água residuária.
Água residuária → esgoto, água descartada, efluentes líquidos de
edificações, indústrias, agroindústrias e agropecuária, tratados ou não.
Água de reúso → água residuária que se encontra dentro dos padrões
exigidos para sua utilização nas modalidades pretendidas.
Reúso direto de água → uso planejado de água de reúso, conduzida ao
local de utilização, sem lançamento ou diluição prévia em corpos
hídricos superficiais ou subterrâneos.
PRODUÇÃO MAIS LIMPA
Princípio Básico → redução da poluição ambiental, atuando no
processo produtivo (“in plant technologies”) e não em seu final (“end
of pipe technologies”), minimizando a necessidade de tratamento
(Química Verde → eliminação da necessidade de tratamento).
Aplicação da P+L ao gerenciamento de águas (dispersões aquosas
diluídas) → Técnica dos três R’s.
Redução do consumo de água
Reúso de água
Reciclagem de água
Técnica dos três R’s
•
REDUÇÃO → diminuição do consumo.
•
REÚSO → utilização de água residuária (com ou
sem tratamento), segundo o CNRH.
•
RECICLAGEM → reutilização de água (com ou sem
tratamento (?)) (para a mesma unidade ou para o
mesmo processo produtivo (?)).
Classificação do Reúso de Águas
(Proposta apresentada ao Núcleo Integrado para Reúso de
Águas e Efluentes (NIRAE / EQUFRJ)
REÚSO INDIRETO → a água residuária é lançada (com ou sem tratamento prévio)
em um corpo receptor (ocorrendo diluição), sendo reutilizada posteriormente.
COM TRATAMENTO PRÉVIO → reúso indireto planejado.
SEM TRATAMENTO PRÉVIO → reúso indireto não planejado.
REÚSO DIRETO → a água residuária não é lançada em um corpo receptor, sendo
recuperada internamente.
COM TRATAMENTO PRÉVIO → reúso direto com regeneração.
SEM TRATAMENTO → reúso direto bruto.
Classificação do Reúso de Águas
Resumo
Reúso indireto (não planejado ou planejado)
Reúso direto (bruto ou com regeneração)
Reciclagem → caso particular de reúso direto, onde a água
residuária é reaproveitada no mesmo processo ou unidade que a
gerou.
REDUÇÃO
Técnica a ser analisada prioritariamente
Revisão das condições operacionais
Estabelecimento de modificações a partir da troca de
informações com empresas similares
Eventuais modificações nos projetos dos processos
Criação de programas de conscientização
REÚSO DIRETO BRUTO
Reúso sem alteração da qualidade da água residuária
Levantamentos de vazão e concentração para cada
fonte geradora de água residuária (efluente)
Levantamentos de vazão e concentração para cada
consumidor
Emprego (eventual) de técnicas de programação linear
(Diagrama de Fontes de Águas) para obtenção de uma
solução otimizada, a partir dos levantamentos realizados
REÚSO DIRETO BRUTO
Exemplo: Operações concentradoras de contaminantes
Conc. limite Conc. limite
(entrada)
(saída)
(ppm)
(ppm)
Vazão
limite
(t/h)
Operação
Carga
(kg/h)
1
3,75
0
75
50
2
1,00
50
100
20
3
1,00
75
125
20
REÚSO DIRETO BRUTO
Exemplo: Consumo mínimo de água sem reúso
Operação
Vazão mínima
(t/h)
Concentração de
saída
(ppm)
1
50,0
75,0
2
10,0
100,0
3
8,0
125,0
Total
68,0
84,6
REÚSO DIRETO BRUTO
Exemplo: Diagrama de intervalo de concentrações (CID)
Concentraç
Concentração
(ppm)
Operaç
Operação 1
(50 t/h)
Operaç
Operação 2
(20 t/h)
Operaç
Operação 3
(20 t/h)
Carga
(g/h)
0
Carga
acumulada
(g/h)
Vazão
(t/h)
0
0
2500
50,0
4250
56,7
5250
52,5
5750
46,0
2500
50
1750
75
1000
100
500
125
REÚSO DIRETO BRUTO
50,0 t/h
50,0 ppm
50,0 t/h
0 ppm
Operação 1
50,0 t/h
75,0 ppm
16,7 t/h
75,0 ppm
Operação 1
56,7 t/h
0 ppm
33,3 t/h
75 ppm
6,7 t/h
75,0 ppm
56,7 t/h
101 ppm
Operação 2
Operação 2
20,0 t/h
75,0 ppm
6,7 t/h
0 ppm
20,0 t/h
100 ppm
Operação 3
20,0 t/h
75,0 ppm
Operação 3
20,0 t/h
100 ppm
20,0 t/h
125 ppm
REÚSO DIRETO COM REGENERAÇÃO
Técnica a ser considerada após as de Redução e Reúso Direto
Bruto.
Estudo de viabilidade (técnica, econômica e ambiental) do
tratamento (processo de regeneração) a ser executado e das
condições de possível aproveitamento da água residuária (efluente)
regenerada.
Investimento:
Redução < Reúso Bruto < Reúso com Regeneração
CONSUMO DE ÁGUA NA INDÚSTRIA
Processos e
Atividades Afins
(%)
Resfriamento e
Refrigeração
(%)
Produtos Químicos
Orgânicos
10
87
Produtos Químicos
Inorgânicos
16
81
Refinarias de Petróleo
52
43
Ferro e Aço
50
45
Automobilística
69
28
Papel e Polpa de Celulose
80
18
Pneus
16
81
Cimento
17
82
Indústria
CONSUMO DE ÁGUA NA INDÚSTRIA
Os sistemas de utilidades respondem, em média, por mais de 50%
do consumo de água nas indústrias
A maior parte do consumo de água industrial é destinada à
reposição das torres de resfriamento e caldeiras
Torres de resfriamento e caldeiras são sistemas geradores de vapor
(respectivamente, por evaporação e por ebulição) e concentradores
de água
A redução de consumo de água de reposição nas torres de
resfriamento e caldeiras está diretamente relacionada ao balanço
material a ser estabelecido nesses sistemas
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA FINS
INDUSTRIAIS
Água Bruta → Água Industrial
(ETAPAS CLÁSSICAS)
Gradeamento
(Decantação (sedimentação) espontânea)
Aeração
(Pré-cloração)
Clarificação convencional (coagulação, floculação, sedimentação)
Filtração (leito granulado)
TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA FINS
INDUSTRIAIS
OBJETIVOS
Gradeamento, Sedimentação Espontânea, Clarificação Convencional e
Filtração → Remoção de material grosseiro, sólidos em suspensão
grosseiros e de alguns coloidais.
Aeração → Incorporação de oxigênio (O2) à água e diminuição da
concentração de outros gases dissolvidos (NH3, SO2, H2S etc.).
Cloração → Redução dos teores de matéria inorgânica (ferro (II),
manganês (II), gases redutores) e orgânica, com diminuição ou eliminação
da população microbiana.
TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA FINS
INDUSTRIAIS
Após o tratamento em uma Estação de Tratamento de Águas (ETA), a
água industrial obtida poderá passar ou não por tratamentos específicos
(pré-tratamentos e/ou tratamentos internos) para as seguintes finalidades:
Processo(s)
Utilidades I (resfriamento, refrigeração, circuitos de água quente)
Utilidades II (geração de vapor)
Potável
Serviços I (incêndio)
Serviços II (limpezas em geral)
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
(EFLUENTES) INDUSTRIAIS
TRATAMENTO CONVENCIONAL (ETAPAS)
Pré-tratamentos
Tratamento Primário
Tratamento Secundário
Tratamento Terciário
TRATAMENTO DE EFLUENTES
INDUSTRIAIS
PRÉ-TRATAMENTOS
Objetivo:
Eliminação de poluentes críticos e compatibilização das diversas correntes para que
sejam misturadas no Equalizador e/ou não prejudiquem outras etapas posteriores.
Eliminação de cianeto
Eliminação de cromato e dicromato
Eliminação de cátions de metais pesados (Hg2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+, Ni2+ etc.)
Eliminação de ânions críticos (S2-, F- etc.)
Eliminação de gorduras, óleos e graxas
TRATAMENTO DE EFLUENTES
INDUSTRIAIS
TRATAMENTO PRIMÁRIO (FÍSICO-QUÍMICO)
Objetivo:
Diminuição da concentração de material insolúvel (sólidos em suspensão) e
preparação do efluente para o tratamento biológico.
Equalização
Neutralização ( → 6,5 < pH < 8,0)
Decantação Primária
TRATAMENTO DE EFLUENTES
INDUSTRIAIS
TRATAMENTO SECUNDÁRIO (BIOLÓGICO)
Objetivo:
Diminuição da concentração de matéria orgânica solúvel e biodegradável.
Recomendável: (DBO / DQO) > 0,6
Possível: 0,2 <(DBO / DQO) < 0,6
Difícil: (DBO / DQO) < 0,2
Biodegradação (aeróbia ou anaeróbia)
Decantação Secundária
TRATAMENTO DE EFLUENTES
INDUSTRIAIS
TRATAMENTO TERCIÁRIO
Objetivos:
Diminuiç
Diminuição da concentraç
concentração de maté
matéria orgânica solú
solúvel não biodegradá
biodegradável (recalcitrante) e da
concentraç
concentração de outras espé
espécies solú
solúveis para lanç
lançamento do efluente no corpo receptor ou para
reú
reúso.
Oxidações clássicas (exemplo: cloração)
Adsorção (exemplo: filtração em carvão ativado)
Processos de Oxidação Avançados (geradores de radical livre OH)
Troca Iônica (exemplos: abrandamento e desmineralização)
Processos de Membranas (microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, osmose
reversa ou inversa)
CALDEIRAS
Caldeira Fogotubular
CALDEIRAS
Caldeira Fogotubular
CALDEIRAS
Caldeira Aquatubular
CALDEIRAS
Caldeira Aquatubular
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
F – vazão de água de alimentação
V – vazão (produção) de vapor
D – vazão de descargas (nível + fundo)
R – vazão de reposição
C – vazão de retorno de condensado
P – vazão de perdas
F = V + D
F = R + C
C
CALDEIRA
F
R
D
V
P
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
Balanço para um soluto não-volátil (exemplo: cloreto)
CD → concentração do soluto nas descargas (na água de caldeira)
CV → concentração do soluto no vapor (CV = 0)
CF → concentração do soluto na alimentação
CF . F = CV . V + CD . D
CF . F = CD . D
(CD / CF) = (F / D)
(CD / CF) = x → ciclo de concentração (com base na alimentação)
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
Balanço para um soluto não volátil
x = (V + D) / D
D = V / (x – 1)
O ciclo de concentração é controlado pela execução das descargas de
nível e de fundo
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
Balanço para um soluto não volátil
F = V + D
R + C = V . [x / (x – 1)]
F = V + [V / (x – 1)]
R + V . (C / V) = V . [x / (x – 1]
(C / V) → taxa de retorno de condensado (com base na produção de vapor)
R = V . { [x / (x – 1)] – (C / V) }
R = V . (a – b)
O aumento do ciclo de concentração e o aumento da taxa de retorno de
condensado produzem diminuição do consumo de água de reposição
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
Variação da vazão de água de
reposição com o ciclo de concentração
V = 20,0 t / h
X
R (t / h)
10
6,2
20
5,1
30
4,7
50
4,4
80
4,3
(C / V) = 80,0%
A diminuição de vazão é sentida mais
intensamente para variações em ciclos
mais baixos
REÚSO DE ÁGUAS EM CALDEIRAS
Um maior retorno de condensado (reciclagem) é a forma mais eficiente
para a economia de água de reposição.
O retorno de condensado pode ser baixo nos casos de utilização de vapor
diretamente no processo.
Cuidado especial deve ser tomado com condensados provenientes de
outros processos (exemplo: “vapor vegetal” dos evaporadores de caldo
clarificado para obtenção de xarope na indústria do açúcar).
REÚSO DE ÁGUAS EM CALDEIRAS
O condensado deve ser o mais próximo possível de uma água deionizada
ou desmineralizada.
A água de reposição deve possuir qualidade capaz de gerar uma água de
alimentação compatível com os limites usualmente adotados e fixados por
instituições de notório reconhecimento (ASME, ABMA) para uma água de
caldeira (de acordo com a respectiva classe de pressão), proporcionando
viabilidade operacional (por meio da utilização do ciclo de concentração
adequado).
REÚSO DE ÁGUAS EM CALDEIRAS
O emprego de reúso direto bruto como reposição é, geralmente, inviável.
A utilização de reúso com regeneração (com pré-tratamento) deve ser
analisada de forma técnica e econômica bastante criteriosa.
LIMITES MÁXIMOS PARA PARÂMETROS
CRÍTICOS EM ÁGUA DE CALDEIRA
Pressão (psi)
Sílica
(ppm SiO2)
STD
(ppm)
SS
(ppm)
Alcalinidade
(ppm CaCO3)
< 300
150
3500
300
700
300 - 450
150 - 90
3500 - 3000
300 - 250
700 - 600
450 – 600
90 - 40
3000 - 2500
250 - 150
600 - 500
600 – 750
40 - 30
2500 - 2000
150 - 100
500 - 400
750 – 900
30 - 20
2000 - 1500
100 - 60
400 - 300
900 - 1000
20 - 8
1500 - 1250
60 - 40
300 - 250
DETERMINAÇÃO DO CICLO DE
CONCENTRAÇÃO
Uma caldeira aquatubular opera com pressão operacional igual a
300 psi (aproximadamente 21 kgf / cm2), utiliza água de reposição
abrandada (isenta de dureza) e sua água de alimentação apresenta
a seguinte composição:
Sílica ... 1,50 ppm SiO2 ;
Alcalinidade total ... 14,0 ppm CaCO3;
Sólidos dissolvidos ... 50,0 ppm ; Sólidos em suspensão ... Zero
Determine o ciclo máximo de concentração com que a caldeira
deve operar.
BALANÇOS MATERIAIS EM CALDEIRAS
Considere que a caldeira do caso anterior tenha uma produção de
vapor igual a 24,5 toneladas / hora e uma taxa de retorno de
condensado igual a 90,0% (em relação à produção de vapor).
Determine a vazão de reposição.
TORRE DE RESFRIAMENTO
TORRE DE RESFRIAMENTO
TORRE DE RESFRIAMENTO
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
Q – vazão de circulação
E – vazão de perda por evaporação
A – vazão de perda por arraste
D – vazão de descarga
P – vazão de outras perdas de fase líquida
L – vazão total de perdas de fase líquida
R – vazão de reposição
E
A
Q
Torre
L=A+D+P
R
R=E+L
P
P
D
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
Balanço para um soluto não-volátil (exemplo: cloreto)
CL → concentração do soluto na fase líquida (na água de circulação)
CE → concentração do soluto na fase evaporada (CE = 0)
CR → concentração do soluto na água de reposição
CR . R = CE . E + CL . L
CE = 0 CR . R = CL . L (CL / CR) = (R / L)
(CL / CR) = x → ciclo de concentração
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
•
Balanço para um soluto não-volátil
x = (E + L) / L
L = E / (x – 1)
D = [E / (x – 1)] – A – P
O ciclo de concentração é controlado (até certo ponto) pela
execução das descargas de fundo
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
Balanço para um soluto não-volátil
R = E+L
R = E + [E / (x – 1)]
R = E . [x / (x – 1)]
A vazão de água de reposição diminui com o aumento do ciclo de
concentração
A diminuição da vazão (R) é sentida mais intensamente para
variações em ciclos mais baixos
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
x
R (m3 / h)
Variação da vazão de reposição
com o ciclo de concentração
2
24,0
E = 12,0 m3 / h
3
18,0
4
16,0
5
15,0
6
14,4
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
Dosagem contínua de produto de tratamento não-volátil (inibidores
de corrosão, inibidores de formação de depósitos, dispersantes e
microbicidas)
d → dosagem de produto de tratamento
C → concentração do produto de tratamento na água de circulação
Produto não-volátil d = C . L
d = C . [E / (x – 1)]
O consumo de produto(s) de tratamento diminui drasticamente com
o aumento do ciclo de concentração
BALANÇOS MATERIAIS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
Um sistema de resfriamento aberto com recirculação de água apresenta vazão igual a
2000 m3/h e o trocador de calor evaporativo é uma torre de tiragem induzida onde a
queda de temperatura é igual a 10ºC, a perda por arraste de gotículas é igual a 0,15%
da vazão e a perda por evaporação é igual a 0,16% da vazão por grau Celsius de queda
de temperatura. Dados referentes à qualidade da água de reposição e às características
do equipamento indicam que o sistema operaria idealmente com ciclo de concentração
igual a 9,0.
a) Determine as vazões de descarga de fundo, considerando as demais perdas de fase
líquida iguais a zero e a 2,0 m3/h.
b) Determine as vazões de reposição para o ciclo de concentração ideal e para um ciclo
de concentração a 3,0.
c) Calcule o custo mensal do tratamento com um inibidor de corrosão X, cujo preço
unitário é de R$ 12,00 / kg, sendo sua concentração recomendada igual a 80 ppm
(g/m3) na água de circulação, considerando o regime operacional do sistema igual a
600 horas por mês e as possibilidades de ciclo de concentração mencionadas no
item anterior.
REGRAS PARA DETERMINAÇÃO DO
CICLO DE CONCENTRAÇÃO
CICLOS LIMITANTES
CICLO OPERACIONAL
xmáximo = (E + A + P) / (A + P)
CICLO DE SÍLICA
Xmáximo = 180 / C(SiO2)R
REGRAS PARA DETERMINAÇÃO DO
CICLO DE CONCENTRAÇÃO
CICLOS LIMITANTES
CICLO DE SULFATO DE CÁLCIO
Xmáximo = 480 / [C(Ca)R . C(SO4)R]1/2
C(Ca)R → concentração (dureza) de cálcio na reposição, em ppm CaCO3
C(SO4)R → concentração de sulfato na reposição, em ppm SO4
REGRAS PARA DETERMINAÇÃO DO
CICLO DE CONCENTRAÇÃO
OUTROS LIMITANTES DE CONCENTRAÇÃO
A concentração de sólidos em suspensão (SS) na água de um sistema de
resfriamento aberto com recirculação é uma importante limitação de ordem
operacional pelo risco da formação de depósitos sedimentares. O emprego
de modernos agentes dispersantes e a utilização de filtração lateral são
medidas importantes, porém limitadas em relação a esse problema.
A concentração de cloreto na água de circulação deve ser levada em conta,
sobretudo no caso da presença de materiais como o aço inox 304 no
sistema (exemplo: trocadores de placas) ou da pré-existência de pites.
REGRAS PARA DETERMINAÇÃO DO
CICLO DE CONCENTRAÇÃO
CICLO IDEAL
Consiste na busca de um ciclo de concentração para que a água de
circulação alcance um índice de estabilidade favorável, não sendo
corrosiva (em relação ao aço carbono), nem incrustante (em relação ao
carbonato de cálcio). Entretanto, deve ser considerado que o índice de
estabilidade varia com a temperatura ao longo do sistema.
A tendência mais atual é a de se operar com um índice de estabilidade
levemente incrustante, em relação ao carbonato de cálcio (reduzindo a taxa
de corrosão), empregando agentes dispersantes e inibidores da formação
de depósitos eficazes.
REGRAS PARA DETERMINAÇÃO DO
CICLO DE CONCENTRAÇÃO
CÁLCULO DO CICLO DE CONCENTRAÇÃO IDEAL (x)
log x = [12,1 – 3,5 log (CALC)R – 2,0 log (CCa)R] / 5,5
(CALC)R e (Cca)R são, respectivamente, a alcalinidade e a concentração
de cálcio na água de reposição, expressas em ppm CaCO3.
Exemplos:
1) (CALC)R = (CCa)R = 20 ppm CaCO3 → x = 8,0
2) (CALC)R = 200 ppm CaCO3 ; (CCa)R = 150 ppm CaCO3 → x = 1,0
REÚSO DE ÁGUAS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
A operação com ciclo de concentração máximo, observados os
limites citados, minimiza o consumo de água de reposição.
A operação em ciclo mais alto pode ser conseguida com auxílio de
acidificação controlada.
O emprego de reúso direto bruto deve ser analisado com o devido
cuidado, principalmente quando a água residuária provém de
tratamento secundário de uma Estação de Tratamento de Efluentes
(ETE). Podem ocorrer sérios danos de ordem operacional e
ambiental, além da necessidade de maior consumo de produtos de
tratamento.
REÚSO DE ÁGUAS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
A
utilização
de
reúso
com
regeneração
dependerá
fundamentalmente da disponibilidade e qualidade da(s) água(s)
residuária(s) escolhida(s) para que o tratamento não se torne
economicamente pouco viável.
A água de descarga de caldeiras de alta pressão pode ser uma
opção para aproveitamento na reposição de torres de resfriamento.
Uma alternativa interessante, é a do armazenamento e utilização de
águas das chuvas, após pré-tratamento, como reforço da reposição,
em regiões com elevado índice de precipitação pluviométrica.
REÚSO DE ÁGUAS EM TORRES DE
RESFRIAMENTO
A fixação de limites para determinação do ciclo de concentração,
nos moldes dos adotados para água de caldeira (ASME, ABMA),
seria um passo importante no sentido da obtenção de um melhor
balizamento quanto ao reúso de água nas torres de resfriamento.
FRAÇÃO DE REÚSO (F)
40
50
Torres
10
100
60
50
50
Outros
F = 60/100 = 60%
REÚSO DE ÁGUA NA INDÚSTRIA
CONCLUSÕES
É muito pouco provável que uma indústria alcance uma fração de
reúso direto igual a 100%.
As correntes a serem empregadas para reúso direto devem ser
criteriosamente avaliadas para que não ocorram prejuízos técnicos,
econômicos
e/ou
ambientais
como
consequência
de
reaproveitamentos inadequados.
REÚSO DE ÁGUA NA INDÚSTRIA
ESTUDO DE CASO
Os sistemas de resfriamento abertos com recirculação (SRAR’s) de
água, cujos trocadores de calor evaporativos são torres de
resfriamento, operam com ciclo de concentração igual a 6,0 e uma
vazão total de reposição igual a 30,0 m3 / h, utilizando água
industrial, proveniente de uma Estação de Tratamento de Água
(ETA), como fonte de reposição para esses sistemas.
Deseja-se estudar a possibilidade de reúso nos SRAR’s do efluente
proveniente do tratamento secundário de uma Estação de
Tratamento de Efluentes (ETE) cuja vazão é igual a 50,0 m3 / h.
REÚSO DE ÁGUA NA INDÚSTRIA
PARÂMETRO
ÁGUA (ETA)
ÁGUA (ETE)
pH
7,0
8,0
Alcalinidade T
40,0 ppm CaCO3
400 ppm CaCO3
Cálcio
20,0 ppm CaCO3
100 ppm CaCO3
Cloreto
15,0 ppm Cl
400 ppm Cl
Sulfato
12,8 ppm SO4
64,0 ppm SO4
Sílica
10,0 ppm SiO2
45,0 ppm SiO2
Sólidos dissolvidos
150 ppm
2500 ppm
Sólidos em suspensão
zero
40,0 ppm
DBO
zero
40,0 mg (O2) / L
DQO
zero
200 mg (O2) / L
OPERAÇÃO SEM REÚSO
CÁLCULO DOS CICLOS DE CONCENTRAÇÃO
Sílica
xmáx = (180 / 10) = 18
Sulfato de cálcio
xmáx = [480 / (20 x 12,8)1/2] = 30
Ciclo ideal
log x = [(12,1 – 3,5 log 40 – 2,0 log 20) / 5,5] → log x = 0,71 → x = 5,1
Como x = 6,0, o sistema opera com a água de circulação apresentando tendência
levemente incrustante (contornável com emprego de agentes inibidores da formação
de depósitos).
A vazão de reposição é igual a 30 m3 / h e consumo de produtos de tratamento seria
igual a 0,40 kg / h.
REÚSO BRUTO TOTAL
CÁLCULO DOS CICLOS DE CONCENTRAÇÃO
Sílica
xmáx = (180 / 45) = 4,0
Sulfato de cálcio
xmáx = [(480 / (100 x 64)] = 6,0
Ciclo ideal
log x = [(12,1 – 3,5 log 400 – 2,0 log 200) / 5,5] = -0,29
x = 0,51 (resultado incompatível: x < 1)
REÚSO BRUTO TOTAL
COMENTÁRIOS ADICIONAIS
Concentrações de cloreto, sólidos dissolvidos e sólidos em suspensão
muito elevadas → risco de corrosão e de formação de depósitos
localizados em regiões em que a vazão de água ocorre com baixa
velocidade de fluxo.
Concentrações elevadas de matéria orgânica (DQO e DBO) → risco de
formação de depósitos sedimentares e de desenvolvimento microbiano
acentuado.
CONCLUSÃO
Reúso bruto total impraticável do ponto de vista técnico-operacional.
REÚSO BRUTO PARCIAL
Mistura das águas da ETA (p) e da ETE (1 – p), onde 0 < p < 1,
para formação da corrente de reposição.
Determinação da composição da corrente de reposição para os
diversos valores de p.
Determinação do ciclo ideal de concentração para os diversos
valores de p.
A tabela seguinte apresenta a composição da corrente de reposição
para p = 0,8.
REÚSO BRUTO PARCIAL
PARÂMETRO
ÁGUA DE REPOSIÇÃO (p = 0,8)
pH (estimado)
7,6
Alcalinidade T (estimada)
112 ppm CaCO3
Cálcio
36,0 ppm CaCO3
Cloreto
92,0 ppm Cl
Sulfato
23,0 ppm SO4
Sílica
17,0 ppm SiO2
Sólidos dissolvidos
620 ppm
Sólidos em suspensão
8,0 ppm
DBO (estimada)
8,0 mg (O2) / L
DQO (estimada)
40,0 mg (O2) / L
REÚSO BRUTO PARCIAL
Ciclo de concentração ideal para p = 0,8:
log x = [(12,1 – 3,5 log 112 – 2,0 log 36) / 5,5]
log x = 0,33
→
x = 2,1
Vazão de reposição = 50 m3 / h, consumindo mais água de reposição da
ETA (0,8 x 50 = 40 m3 / h) do que na hipótese de não emprego de reúso
(30 m3 / h).
Consumo de produtos de tratamento (estimado): 2,0 kg / h.
CONCLUSÃO
Reúso bruto parcial inviável do ponto de vista econômico
REÚSO COM REGENERAÇÃO
PARÂMETRO
ÁGUA (ETE)
pH
8,0
Alcalinidade T
400 ppm CaCO3
Cálcio
100 ppm CaCO3
Cloreto
400 ppm Cl
Sulfato
64,0 ppm SO4
Sílica
45,0 ppm SiO2
Sólidos dissolvidos
2500 ppm
Sólidos em suspensão
40,0 ppm
DBO
40,0 mg (O2) / L
DQO
200 mg (O2) / L
REÚSO COM REGENERAÇÃO
ETAPAS DO PROCESSO DE REGENERAÇÃO
OXIDAÇÃO (TOTAL)
O efluente deverá ser oxidado para lançamento no corpo receptor:
Carga (DQO) = 0,200 kg / m3 . 50 m3 / h . 24 h / d = 240 kg / d,
onde: 240 kg / d > 5,0 kg / d (DZ – 205 R.6)
Carga (DBO) = 0,040 kg / m3 . 50 m3 / h . 24 h / d = 48 kg / d,
onde: 10 < 48 < 100 → remoção de 70% da DBO (DZ – 205 R.6)
(DBO / DQO) = 40 / 200 = 0,20 → oxidação química
REÚSO COM REGENERAÇÃO
ETAPAS DO PROCESSO DE REGENERAÇÃO
OXIDAÇÃO QUÍMICA (TOTAL)
Provável emprego de processo oxidativo avançado (POA),
geradores de radicais livres hidroxila (.OH), dependendo da
natureza da matéria orgânica presente.
REÚSO COM REGENERAÇÃO
ETAPAS DO PROCESSO DE REGENERAÇÃO (TOTAL OU PARCIAL)
CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL
Remoção de sólidos em suspensão do efluente e dos eventualmente produzidos na
etapa de oxidação.
FILTRAÇÃO EM LEITO GRANULADO (AREIA)
Remoção fina de sólidos em suspensão.
MICROFILTRAÇÃO
Remoção de partículas dispersas coloidais e microrganismos com faixa de tamanho
de 50 a 10000 nm para proteção da membrana de tratamento posterior (exemplo:
osmose reversa).
REÚSO COM REGENERAÇÃO
ETAPAS DO PROCESSO DE REGENERAÇÃO (TOTAL OU PARCIAL)
OSMOSE REVERSA
Fator de separação: sorção-difusão.
Faixa de pressão: 7,0 a 60,0 atm.
Consumo de energia: 8,0 kWh / m3.
Membrana: poliamida (faixa de pH: 4 – 11).
Produto final: água desmineralizada (praticamente sem íons salinos).
REÚSO COM REGENERAÇÃO PARCIAL
Mistura de águas da ETA (80%) e desmineralizada (20%),
proveniente de regeneração parcial do efluente da ETA (oxidação
química, clarificação convencional, filtrações e osmose reversa).
Determinação da composição da corrente de reposição.
Determinação do ciclo de concentração ideal.
REÚSO COM REGENERAÇÃO PARCIAL
PARÂMETRO
ÁGUA (ETA (80%) + DM (20%))
pH (estimado)
6,8
Alcalinidade T (estimada)
32,0 ppm CaCO3
Cálcio
16,0 ppm CaCO3
Cloreto
12,0 ppm Cl
Sulfato
10,2 ppm SO4
Sílica
8,0 ppm SiO2
Sólidos dissolvidos
120 ppm
Sólidos em suspensão
zero
DBO
zero
DQO
zero
REÚSO COM REGENERAÇÃO PARCIAL
Ciclo de concentração ideal:
log x = [(12,1 – 3,5 log 32 – 2,0 log 16) / 5,5)]
log x = 0,80
→ x = 6,4
O sistema poderá operar com x = 7,0 (com água em tendência levemente
incrustante, desde que sejam empregados agentes inibidores da formação
de depósitos).
Vazão de reposição: 29,2 m3 / h (23,3 m3 / h da ETA + 5,9 m3 / h da ETE
(regenerada)).
Consumo de produtos de tratamento: 0,33 kg / h.
REÚSO COM REGENERAÇÃO PARCIAL
Economia de água de reposição (2,5%), de água da ETA (22%) e
redução do efluente lançado no corpo receptor (12%).
Economia no consumo de produtos de tratamento de água (17%).
Devem ser bem avaliados os custos de implantação e manutenção
do sistema de regeneração, bem como a possibilidade de aumento
da vazão de água de reúso.
Parâmetro
Alcalinidade (ppm CaCO3)
Cálcio (ppm CaCO3)
Cloreto (ppm Cl-)
Sulfato (ppm SO42-)
Sílica (ppm SiO2)
SD (ppm)
SS (ppm)
DBO (mg O2 L-1)
DQO (mg O2 L-1)
pHeq
X (teórico)
X (SiO2)
X (CaSO4)
X (Cl-)
X (ideal)
R (m3 h-1)
d (kg h-1)
p = 1,0
p = 0,8
p = 0,6
p = 0,4
p = 0,2
40
20
15
13
10
150
0
0
0
6,9
10
> 10
> 10
> 10
5,1
31,1
0,40
32
16
12
10,4
8,0
120
0
0
0
6,8
10
> 10
> 10
> 10
6,6
29,5
0,36
24
12
9,0
7,8
6,0
90
0
0
0
6,6
10
> 10
> 10
> 10
8,9
28,2
0,25
16
8,0
6,0
5,2
4,0
60
0
0
0
6,3
10
> 10
> 10
> 10
> 10
-----
8,0
4,0
3,0
2,6
2,0
30
0
0
0
5,9
10
> 10
> 10
> 10
> 10
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Obrigado,
pela audiência e
pela paciência!
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Cesar Pereira
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