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Destilação por membranas para o tratamento do concentrado da osmose reversa da indústria petroquímica

Resumo

Neste estudo foi investigada a aplicabilidade do processo de Destilação por Membrana de Contato Direto (DMCD), com o fim de recuperar a água do concentrado produzido pela OR (COR), a qual foi aplicada no tratamento de efluentes de uma indústria petroquímica. De início, as membranas foram caracterizadas por experimentos com água deionizada e soluções binárias, através do processo de DMCD em escala de bancada. Depois, o COR foi utilizado na DMCD em escala de bancada e piloto, ajustado a uma temperatura de 60 ºC na parte da alimentação, ou seja, no concentrado da destilação por membrana (CDM), e 20 ºC no permeado da destilação por membrana (PDM). Ao todo, foram analisadas quatro membranas microporosas hidrofóbicas de folhas planas (denominadas M1, M2, M3 e M4), sendo as membranas M1 e M3 constituídas de politetrafluoretileno (PTFE), com uma camada de suporte de polipropileno (PP) na M1, e as membranas M2 e M4, de polietileno (PE), todas elas com diferentes espessuras, tamanho de poro, porosidade e hidrofobicidade. Efetuaram-se os ensaios com as soluções binárias, em escada de bancada, em modo de concentração, durante 72 h, para, depois, realizar os ensaios com COR, em modo de recirculação total (por 240 h), e, em modo de concentração (por 72 h). Os ensaios com COR, em escala piloto, foram realizados com a membrana M4, em modo de concentração, por um período de 61 dias. Em diferentes fatores de concentrações volumétricas, amostras de PDM e CDM foram coletadas para caracterização físico-química. Por fim, as membranas foram avaliadas através de análise visual, ângulo de contato, MEV, EDS e diagramas de especiação química. Ante os resultados com COR, em escala de bancada, concluiu-se que a membrana M4 teve o melhor desempenho, com mínima redução de fluxo do permeado frente a uma taxa de recuperação de água (TRA) de 90%. Já em escala piloto, a membrana (M4) foi eficiente até atingir um fator de concentração volumétrico de 5 vezes, assim como uma TRA de 80%, produzindo uma água de alta qualidade e com baixa condutividade elétrica (em torno de 2 μS cm–¹), alcançando, assim, os requisitos para a sua reutilização no setor petroquímico.

 

Introdução

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), mais de 1,1 bilhão de pessoas não têm acesso a água potável, e mais de 2,8 bilhões não dispõem de instalações de saneamento básico (SIYAL et al., 2019). A crescente escassez de água doce, assim como a redução de sua qualidade em decorrência da poluição dos recursos hídricos, tem sido motivo de preocupação para o setor industrial, especialmente à indústria petroquímica, que necessita de água de elevada qualidade em seus processos produtivos (BAYAT et al., 2015). Frente a esse contexto, com o aumento do volume de água captado diretamente dos mananciais, surge a necessidade de buscar alternativas viáveis para a sua obtenção, as quais ainda atendam às pretendidas finalidades, algo que pode ser alcançado através do reúso interno de efluente industrial gerado, produzindo-se água de mesma qualidade.

No caso da indústria petroquímica, as unidades de produção utilizam grandes volumes de água, principalmente para alimentar torres de resfriamento, caldeiras de alta pressão e reservatórios para uso geral (combate a incêndio, etc.), sendo que a maior parte do volume consumido ocorre nas torres de resfriamento (PADAKI et al., 2015). Se por um lado o consumo de água é bastante elevado, por outro lado a quantidade de efluentes gerados também é alta.

Além disso, esses efluentes apresentam elevadas concentrações de cálcio, ferro, cloretos, sulfatos, sólidos em suspensão, demanda química de oxigênio (DQO), entre outros (HANSEN et al., 2016). Por isso, no intuito de enquadrá-los aos padrões de lançamento, são empregados os tratamentos convencionais (preliminar, primário, secundário e terciário), muito embora, segundo Colla et al. (2016), estes não sejam capazes de remover o alto teor de sais presentes, impossibilitando o reúso da água no processo produtivo.

Segundo Pantoja (2015), refinarias de petróleo e complexos petroquímicos modernos possuem, atualmente, projetos-piloto para avaliar a incorporação, a suas estações de tratamento terciário, processos complementares que propiciem a reutilização da água, através da remoção de materiais orgânicos recalcitrantes e de sais dissolvidos.

Dessa maneira, a fim de transpor essas limitações, novas tecnologias vêm sendo estudadas, ocasião em que os processos de separação por membranas (PSM) despontam como técnicas a serem amplamente utilizadas pela indústria petroquímica, sobretudo, após a realização do tratamento convencional de seus efluentes. Nesse sentido, a Osmose Reversa (OR) apresenta-se como tecnologia promissora, pois, quando empregada na recuperação de água de reúso, têm sido bastante eficaz em atender aos padrões de qualidade exigidos pelo setor
(WANG et al., 2014; PADAKI et al., 2015)

Contudo, apesar de viabilizar a reutilização da água tratada, essa técnica ainda apresenta certa desvantagem, à medida que o concentrado da osmose (COR) produzido contém elevadas concentrações de compostos orgânicos e sais inorgânicos, motivo pelo qual, se lançado indevidamente ao solo, em lençóis freáticos ou em corpos d’água superficiais, pode acarretar graves danos ao meio ambiente (ZHANG et al., 2012). Nesse sentido, Al-Ghamdi et al. (2017) consideram o destino final dos concentrados como um fator importantíssimo. Hoje, devido às restrições ambientais, o tratamento dos concentrados precisa ser integrado ao ciclo de tratamento, tornando o processo ambientalmente sustentável (Sanmartino et al., 2016).

Justamente por isso, nos últimos anos, têm-se realizado diversos estudos no sentido de mitigar os impactos ambientais causados pela descarga dos concentrados, bem como avaliar a maneira mais sustentável de tratá-los (WALKER et al., 2014; PRANEETH et al., 2014; PENG et al., 2015; SHANMUGANATHAN et al., 2016; VENZKE et al., 2017; VENZKE et al., 2018a; VENZKE et al., 2018b). Dentre os processos investigados, a Destilação por Membrana (DM) apresenta-se como uma tecnologia nova e promissora para tratar soluções aquosas de alta salinidade, tais como o concentrado produzido pela OR.

Dessa forma, ante a necessidade de igualmente se recuperar água do concentrado, então decorrente da aplicação da tecnologia de OR no efluente da indústria petroquímica, formula-se a presente tese, onde, a partir do emprego de técnicas combinadas, será possível recuperar a água do concentrado, reduzindo seu volume, e, assim, minimizando os impactos ambientais causados pela descarga de efluentes com a tecnologia empregada, bem como alcançar altas taxas de recuperação, com produção de água de alta pureza.

Autores: Carla Denize Venzke.

 

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