Eugene Rozenbaoum,
Email: [email protected]
Hoon Hyung, LG NanoH2O, Torrance, CA
Roy Daly, LG NanoH2O, Torrance, CA
LG NanoH2O, 21250 Hawthorne Blvd., Suite 330, Torrance, CA 90503
Randall Shaw, USBR BGNDRF, Alamogordo, NM
Zachary Stoll, USBR BGNDRF, Alamogordo, NM
1. INTRODUÇÃO
A LGChem foi nomeada como fornecedor exclusivo de membranas de Osmose Reversa para melhoria da Estação de Tratamento de Água do Noroeste do Condado de Brunswick, localizado na Carolina do Norte, USA, a qual conta com uma capacidade de produção de água de 36 MGD (136.260 m3/dia)
Este é o primeiro grande projeto municipal de tratamento de água realizado para eliminar as substancias perfluoroalquiladas e polifluoroalquiladas, ou como também são conhecidas por sua sigla em inglês (PFAS); por muito tempo o condado vinha sofrendo pela contaminação por PFAS em sua fonte de água potável; O rio Cape Fear, é um rio ao leste dos Estados Unidos que corre ao largo de 325 quilômetros, desembocando no Oceano Atlântico. O projeto tem como objetivo melhorar a linha de tratamento para eliminar as partículas PFAS presentes na água potável.
Durante os testes de qualificação, as membranas com nano-compostos de película fina da LG Chem (TFN) proporcionaram rendimento superior e estável em diversas condições de operação, altas taxas de eliminação dos principais Contaminantes Emergentes (CECs) – (>95%) e uma resistência e recuperação adequada quando foram submetidas a limpezas quimicas de forma constante. Com base nos resultados deste estudo no local, as membranas LG Chem TFN foram pré-qualificadas e finalmente selecionadas para servirem como membranas deste projeto.
2. Resumo
Os Contaminantes emergentes (CEC) são compostos por diversos produtos químicos percebidos em concentrações muito baixas em águas de superfície e subterrâneas e geralmente não são regulamentados nos EUA. A América Latina tem uma regulamentação limitada em relação a estes.
2.1. Os Contaminantes Emergentes (CEC) podem incluir:
- Produtos farmacêuticos e de cuidado pessoais
- PFAS (perfluoroalquiladas e polifluoroalquiladas)
- Retardantes de chama
Se referem a uma variedade de substâncias que se juntam aos materiais combustíveis para evitar que hajam incêndios ou para retardar a propagação do fogo, concedendo tempo de escape adicional.
- Desinfetantes,
- Herbicidas
- Pesticidas, etc…
Acredita-se que os CEC sejam partículas prejudiciais para as fontes de água, para a saúde da vida silvestre e que representem risco à vida humana.
2.2 Sobre os PFAS
- Compostos químicos sintéticos descobertos em 1940, atualmente existem mais de 4.000 compostos PFA e o número ainda cresce.
- São consideradas substancias perigosas para o ser humano quando presentes em níveis de cerca de 7 ppt.
- É possível que as pessoas estejam expostas a PFAS pelos alimentos que consomem.
- Fonte de água potável contaminada água de superfície ou subterrânea, solo contaminado ou água utilizada no aumento do tamanho de alimentos.
- Alimentos enlatados que contem PFAS e/ou equipamento que fez uso de PFAS durante o processamento de alimentos.
2.3 Regulamentações de níveis de PFAS existentes nos Estados Unidos
O que são as orientações de saúde (Health advisories) que emite a EPA? Os alertas de saúde fornecem informações sobre Contaminantes que podem causar efeitos a saúde humana e o que se sabe antecipa que eles ocorrerão na água potável.
Os alertas de saúde da EPA não são obrigatórios ou regulatórios e trazem informações técnicas às agencias estatais e outros funcionários da saúde pública, a respeito dos efeitos sobre a saúde, os métodos analíticos e as tecnologias de tratamento associadas à contaminação da água potável. O nível de assessoria de saúde da EPA para PFOA e PFOS oferece uma margem de proteção para todos os norte-americanos ao longo da vida contra os efeitos adversos da exposição à PFOA e PFOS na água potável.
Para proporcionar a seus cidadãos, incluídas as populações mais vulneráveis, uma margem de proteção vitalícia contra a exposição aos níveis de PFAS e PFOS na água potável, a EPA estabeleceu níveis de assessoramento em saúde a 70 partes por trilhão no ano de 2016.
Esperava-se que a EPA atualizaria as regulamentações sobre as PFAS até o final de 2019, mas atualmente não há novas pautas. 19 Estados da união americana regulam a liberação de PFAS e seus níveis máximos despejados em água potável.
As regulamentações estaduais têm níveis mais restritivos que as federais desde 23 de agosto de 2019. As pautas estaduais do estado americano da Califórnia reduziram os níveis de notificação atuais de 14 partes por trilhão a 5.1 partes por trilhão para PFOA, e de 13 a 6.5 partes por trilhão para PFOS. O nível de retenção atual sendo de 2 partes por trilhão.
3. Estudo de Caso
Remoção de Contaminantes Emergentes com uso de Membranas de Osmose Reversa com Nano-compostos LGChem
O objetivo deste estudo é apresentar os resultados de 2 (dois) estudos-piloto. O primeiro ensaio demonstra a viabilidade de uso do tratamento através da tecnologia por membranas de Osmose Reversa para eliminar o conteúdo das PFAS presentes na água de um poço. O estudo se realizou em um Centro Nacional de Pesquisas de Dessalinização da Água Subterrânea Salobre (BGNDRF) em Alamogordo, NM. US.
- A pesquisa foi centralizada na eliminação do ácido perfluorooctanóico (PFOA) e do sulfonato de perfluorooctanesulfonate (PFOS) da água subterrânea por meio de membranas de Osmose Reversa com nano-composto de película fina (TFN) de baixo consumo energético, da marca LGChem.
- O segundo estudo foi realizado na Estação de Tratamento de Água do Noroeste do Condado de Brunswick (NWTP). O Condado está projetando um sistema de tratamento de RO de baixa pressão para eliminar 1,4-dioxano, GenX e outros PFAS.
3.1. Caso 1: Eliminação de PFOA e PFOS da água de poço
A) Antecedentes:
O Centro Nacional de Pesquisa de Dessalinização de Água Subterrânea Salobra (BGNDRF) é um local para pesquisas de dessalinização de 43 hectares dirigida pela Oficina de Recuperação e localizada em Alamogordo, NM, Estados Unidos, a aproximadamente 10 milhas (16km) ao noroeste da Base da Força Aérea Holloman (AFB).
O objetivo do local é servir de espaço para que empresas, universidades e empresários testem suas tecnologias de dessalinização e acelerem os avanços neste campo. As instalações contam com quatro poços de água salobre subterrânea no local, cada um deles com diferentes químicos de água que podem ser usados em qualquer uma das dez plataformas de teste a qualquer momento.
Em anos recentes o nível de PFAS tem recebido maior atenção, especialmente em áreas adjacentes a Base da Força Aérea (BFA). Em 2018, se descobriu que os PFAS em Canon (BFA) em NM, continha concentrações milhares de vezes superiores ao limite de exposição máximo sugerido pela EPA, que é de 70 partes por trilhão (ppt).
Também foram detectadas concentrações extremadamente altas (na classificação de Mg/L) fora da área da Base Aérea de Holloman (BFA), o que fez com que o Departamento do Meio-Ambiente do Estado do Novo México (NMED) agisse. Especificamente, NMED e o Departamento de Saúde do Novo México começaram um programa de amostragem fora da área d Base Aérea de Holloman para entender melhor até que ponto a coluna de PFAS pode ter se estendido.
Parte do programa consistia em tomar amostras de PFAS em BGNDRF, e em abril de 2019, descobriram-se PFOS e PFOA nos Poços 2 e 4 contendo concentrações elevadíssimas (Tabela 1). Desde dezembro de 2018, o Departamento do Meio-Ambiente (NMED) vem regulando os despejos industriais de PFOS e PFHxS no Novo México a uma concentração combinada ou individual de 70 ppt.
O Centro de Pesquisas (BGNDRF) tomou medidas para desenvolver e implementar tecnologias de eliminação das PFAS porque a licença de despejo do local expirou em março de 2019, e os despejos para PFAS serão regulamentados nos próximos meses. À luz dos objetivos da missão de BGNDRF e do PFAS recentemente encontrado no local, uma parceria com a LG Chem passa a fazer sentido.
B) Composição da Água:
A composição típica da água dos dois poços, o Poço 2 e o Poço 4, onde estão presentes os PFAS, pode ser vista na Tabela 1. Estes valores representam a média dos valores obtidos durante as amostragens obtidas em julho de 2019.
A composição da água de ambos os poços é bastante parecida, mas no Poço 4 há conteúdo elevado de ferro, encontrado em nível praticamente máximo ao que é geralmente aceito para o funcionamento segura das membranas de Osmose Reversa. Como não havia nenhum tratamento especialmente preventivo para a eliminação deste ferro na água de alimentação, decidiu-se usar o Poço 2 como alimentador do sistema de Osmose Reversa.
Tabla 1. Composição da água para o poço 2 e poço 4, componentes principais (Júlio de 2019).
C) Características do Equipamento
O Teste Piloto foi realizado em um sistema de Osmose Reversa de 4 polegadas (Figura 1). O arranjo do equipamento é: 3:2:1 com tubos de pressão divididos.
O sistema está equipado com filtro de cartucho de 5 micron e bombas de reforço entre as etapas. A Dosagem do anti- Escalante (Avista Vitec 7400 a uma concentração de 2 mg / min) foi realizada no inicio da 1a etapa.
O sistema de controle do Equipamento conta com uma vía HMI e a coleta de dados foi feita de maneira automática em um PC local. O equipamento conta com seu sistema de limpesa CIP.
O modelo de membrana utilizado é: LG BW 4040 ES
1) Resultados
A primeira mostra foi realizada no momento da inicialização do equipamento. A concentração de PFAS na corrente de entrada pode ser vista na Tabela # 2
Tabela 2. Concentrações de PFAS nas correntes no Momento de Inicialização do Equipamento
Como se pode ver na Tabela 2, o rendimento inicial foi muito bom. A concentração de PFAS não foi detectada na mescla final da água. A porcentagem
de rejeição de sais na segunda etapa na qual a aconcentração de PFAS foi bastante alta, para PFOA a % de remoção foi de 98.7% ao passo que para PFOS foi de 94.4%. Ambas as porcentagens de rejeição ficaram acima do esperado o que confirma a ALTA EFETIVIDADE de REMOÇÃO de PFAS alcançada pelas membranas de osmose Reversa com nano compostos de película de camada fina da marca LGChem
Nota. Ate o momento em que este documento foi escrito o sistema segue em operação e continua estável.
3.2. Caso 2: Tratamento avançado para uma Estação de tratamento de Água convencional
para eliminação de Contaminantes Emergentes
A) Antecedentes:
O condado de Brunswick atualmente opera com capacidade de 24 MGD. O tratamento do processo, inclui pré-oxidação com dióxido de cloro, coagulação com cloreto de poli alumínio, clarificadores Pulsator® e mídias duplas (filtragem antracito / areia) Greenleaf® modificado e filtros para tratar as águas de superfície do rio Cape Fear.
Os resultados de amostragem analítica recentes confirmam a presença de Contaminantes emergentes na fonte de água, com elementos que são preocupantes: substancias polifluoroalquilo (PFAS), 1,4-dioxano e GenX.
O processo de tratamento físico-químico não reduz a concentração destes compostos a níveis desejados para que o condado possa entrar em conformidade com as orientações da EPA. Para abordar este problema, o Condado está projetando um sistema de Osmose Reversa de baixa pressão com o objetivo de reduzir a concentração destes químicos na água tratada.
B) Objetivos
Para alcançar a qualificação, a empresa CDM Smith foi a responsável pela realização da prova piloto com a membrana LG BW 4040 ES em NWTP.
As metas de qualidade da água de permeado são definidas da seguinte forma:
- GenX: menos de 5 ng / L (limite com base em relatórios) ou mais de 95% de remoção;
- PFMOAA (ácido perfluorados-2-metoxiacético): inferior a 5 ng / L (limite de notificação) ou superior a 90% de remoção;
- 1,4-dioxano: inferior a 0,07 μg / L (limite de notificação) ou superior a 80% de eliminação;
- Rejeição de sais superior a 98%.
C) Equipamentos
O teste foi realizado com um sistema piloto independente configurado como matriz 2: 1 com oito elementos de membrana de 4 polegadas por recipiente de pressão. Instalou-se um conjunto de vinte e quatro (24) elementos LG BW 4040 ES na unidade piloto. O piloto funcionou com fluxo médio de sistema de 14 GFD e uma recuperação de até 92%. Diferentes amostras /e análises analíticas foram periodicamente realizadas, antes e depois da limpeza química.
D) Resultados
A operação das membranas TFN LGChem tiveram inicio em 28 de dezembro de 2018 e continuaram até 19 de março de 2019. A operação começou com recuperação de 85% para produção de 21 gpm de água. Em 6 de março, a recuperação melhorou para 92% mediante o uso da recirculação de salmoura para simular a rejeição de Contaminantes emergentes (CEC) no processo de 3 etapas que havia sido projetado. A limpeza química CIP foi realizada em 12 de fevereiro.
As Figuras 2 e 3 mostram respectivamente as informações de operação e o rendimento normalizado das membranas TFN LGChem. O fluxo de permeado normalizado foi estabilizado após duas semanas de operação e permaneceu estável durante todo o ensaio. O passar de sais normalizado permaneceu estável durante todo o período do teste e não é visto como afetado negativamente pelo CIP. A pressão diferencial normalizada permanece constante até a mudança na recuperação, em 6 de março.
Além dos dados operacionais, se tomaram amostras da água em diferentes pontos da operação para uma análise completa. Deu-se atenção especial aos componentes de interesse selecionados, como o 1,4-dioxano, GenX, PFOS e PFAS. As amostras foram coletadas em 14/1/2019 (a inicial), em 2/05/2019 (antes do CIP) e em 18/02/2019 (após o CIP) e em 3/12/2019 (operação buscando uma recuperação maior). Os resultados principais dos valores dos Contaminantes emergentes (CEC) de interesse são mostrados na Tabela 3.
Como se vê na Tabela, a unidade piloto de Osmose Reversa equipada com membranas TFN Marca LGChem, obteve êxito em eliminar os Contaminantes emergentes (CEC) como 1,4-dioxano, GenX, PFAS e PFOS. Em amostras da água, estes compostos não eram detectados no permeado, exceto em um caso. Na amostra pós-CIP, o 1,4-dioxano está presente no permeado a 0.08 μg / L; sem sombra de dúvida, este resultado se deve a uma concentração de alimentação muito superior que a das outras amostras. Neste caso, há rejeição de 1,4-dioxano em cerca de 95%, o que está em conformidade com o requisito mínimo de segurança de rejeição estabelecido pelo Condado.
4. Conclusões
Os estudos de casos apresentados demonstram as vantagens do uso de membranas de Osmose Reversa TFN Marca LGChem na eliminação de contaminantes emergentes (CEC) em ambientes variados. Proporcionam um rendimento estável em diversas condições operacionais, altas taxas de remoção de CEC (95% ou mais), incluindo-se a eliminação de PFAS e resistência a limpeza química. Os resultados destes estudos podem ser aproveitados em outros lugares onde a presença de CEC, como PFAS, possa apresentar riscos em potencial para o meio-ambiente ou para a saúde pública.
5. Referencias
- Al-Rifai, J.H., Khabbaz, H., Schafer, A.I. (2011), “Removal of pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds in a water recycling process using reverse osmosis systems”, Purif. Technol., 77, pp. 60 – 67.
- Quinones, O., Snyder, S. (2009). “Occurrence of perfluoradosalkyl carb oxylates and sulfonates in drinking water utilities and related waters from the United States”, Sci. Technol. 43(24), pp. 9089-9095.
