O papel das membranas de osmose reversa (OR) na batalha contra o PFAS
À medida que a preocupação global com a contaminação por substâncias per e polifluoroalquílicas (PFAS) continua a aumentar, soluções inovadoras tornam-se cada vez mais essenciais. Essas soluções focam na procura de recursos hídricos limpos e seguros. A Divisão de Água e Esgoto de Roma conduziu um piloto abrangente para identificar um processo de tratamento para remover PFAS do abastecimento de água. O piloto incluiu tecnologias de osmose reversa de alta recuperação.
Os PFAS emergiram como um dos desafios ambientais mais formidáveis da era moderna, principalmente devido à sua natureza persistente e generalizada. Esses produtos químicos sintéticos, possuem propriedades únicas que os tornam resistentes ao calor, à água e ao óleo. Os produtos são também comumente encontrados em uma ampla variedade de produtos industriais e de consumo. Embora esta durabilidade tenha contribuído para a sua utilização extensiva em diversas aplicações, também levou à sua ampla distribuição no ambiente. Assim, causou preocupação significativa entre cientistas, ambientalistas e autoridades de saúde pública.
Resistência à degradação
Uma das características definidoras dos PFAS é a sua resistência à degradação, o que lhes valeu o rótulo de “produtos químicos para sempre”. Esta persistência no ambiente levou à sua acumulação no solo, na água e no ar. Isso apresenta uma ameaça desafiadora e de longo prazo aos ecossistemas e à saúde humana. A natureza bioacumulativa dos compostos PFAS, juntamente com a sua capacidade de viajar longas distâncias através da água e do ar, levou à sua presença omnipresente no ambiente. Essa presença aconteceu mesmo em áreas remotas e aparentemente intocadas. Esta dispersão global ampliou o seu impacto ambiental, tornando-os uma preocupação complexa e generalizada para as comunidades em todo o mundo.
Os efeitos adversos à saúde associados à exposição aos PFAS levantaram sinais de alarme entre profissionais de saúde e legisladores. Estudos associaram então estes produtos químicos a uma série de problemas de saúde. Os problemas incluem efeitos no desenvolvimento, perturbações do sistema imunitário e um risco aumentado de certos tipos de câncer. Estes fatores combinados sublinham então a urgência de abordar a presença generalizada de PFAS. Além disso, de implementar estratégias robustas para mitigar o seu impacto no ambiente e na saúde pública.
Atualizações regulatórias nos EUA
Sob a administração Biden-Harris, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) empreendeu uma série de medidas regulatórias significativas para resolver a questão premente da contaminação por PFAS nos Estados Unidos.
Notavelmente, em março de 2023, a EPA propôs limites aplicáveis para seis compostos de PFAS encontrados na água potável. Isso foi um passo crucial delineado no Roteiro Estratégico de PFAS. Esta medida, enraizada nas mais recentes descobertas científicas, visa estabelecer padrões nacionais para as concentrações de PFAS na água potável. Reforça então os esforços para proteger a saúde pública.
No entanto, permanece a preocupação de que os regulamentos atuais se concentrem apenas em produtos químicos PFAS específicos e não abordem a questão mais ampla de forma abrangente.
“Há regulamentações sendo lançadas para produtos químicos PFAS específicos”, diz Bruce Alderman, CEO da ROTEC USA.
“No entanto, PFAS é um grupo inteiro de produtos químicos, cerca de 5.000 tipos diferentes, apenas regulamentar alguns não vai resolver o problema. emitir.”
Navegar através destas complexidades, incluindo o duplo desafio de gerir os problemas atuais e preparar-se para regulamentações futuras, apresenta um dos obstáculos mais assustadores para os serviços públicos.
O papel das concessionárias de água
As concessionárias de água desempenham um papel fundamental no combate à contaminação por PFAS. Eles têm uma responsabilidade, esforçando-se por agir como guardiões responsáveis dos seus contribuintes e comunidades. No entanto, enfrentam um desafio assustador na identificação e gestão de contaminantes emergentes, necessitando frequentemente de testes a níveis extraordinários, até partes por bilião.
A luta para acompanhar a evolução dos padrões de qualidade da água é ainda amplificada pela necessidade de tecnologias e conhecimentos especializados de ponta. Os serviços públicos municipais requerem apoio substancial dos governos estaduais e federais para enfrentar os intrincados desafios colocados pelos PFAS e outros contaminantes.
Para analistas da indústria, a recente previsão de remediação de PFAS da Bluefield Research, prevê que as concessionárias de água potável gastarão quase US$ 13,5 bilhões de 2023 a 2030 – um aumento substancial nas estimativas anteriores de US$ 6 bilhões.
Mercado nos EUA
Além disso, a Lei de Emprego e Investimento em Infraestruturas do governo federal dos EUA alocou 9 bilhões de dólares para resolver os PFAS nos sistemas de água potável, com mais mil milhões de dólares atribuídos para abordar os PFAS nos fluxos de águas residuais entre 2022-2026.
À luz do movimento regulatório e do desafio ambiental premente, vários projetos-piloto têm sido realizados em todo o mercado dos EUA. Um exemplo notável é o estudo piloto abrangente da Divisão de Água e Esgoto da Cidade de Roma, na Instalação de Tratamento de Água Bruce Hamler, em Roma, Geórgia. O objetivo era identificar o processo de tratamento mais eficaz e sustentável para remover PFAS do abastecimento de água.
Seis trens de processos de tratamento foram testados, demonstrando remoção significativa de PFAS, mas não conseguindo eliminar completamente todos os compostos a níveis não detectáveis, conforme inicialmente planejado. Notavelmente, as tecnologias de osmose reversa (OR) exibiram as taxas de remoção de PFAS mais altas e consistentes.
Considerando vários fatores, incluindo eficiência de remoção de PFAS, custos de capital e operacionais, desempenho do equipamento piloto e feedback da equipe do WSD de Roma, foi recomendado substituir os trens de tratamento existentes na WTF de Hamler por pré-tratamento de filtro de disco seguido por OR de circuito fechado ou fluxo cruzado osmose reversa operando a uma taxa de recuperação mínima de 90%.
Os dados sobre os custos previstos do ciclo de vida ressaltaram ainda mais a viabilidade da abordagem RO, com as tecnologias de osmose reversa de fluxo reverso (FR-OR), osmose reversa de circuito fechado e osmose reversa de fluxo cruzado apresentando custos estimados de ciclo de vida de 20 anos de US$ 142 milhões, US$ 161 milhões e US$ 163 milhões, respectivamente.
O papel que as membranas OR podem desempenhar nas soluções de tratamento
O foco em membranas de OR e nano filtração apresenta um caminho promissor para abordar não apenas a contaminação por PFAS, mas também dezenas de outros contaminantes emergentes.
“O OR pode separar quase todos os diferentes contaminantes emergentes até certo nível, fornecendo assim uma água permeada que é adequada para beber para quase todas essas categorias”, explica Alderman.
No entanto, um desafio importante surge da concentração dos contaminantes durante o processo de OR, que requer um manuseio eficiente do concentrado resultante. Normalmente, um sistema OR descarta cerca de 25% da água, intensificando a concentração de contaminantes por um fator de quatro.
Alderman enfatiza a abordagem vantajosa da ROTEC, pois ela retorna 90% da água, resultando em significativamente menos desperdício em comparação com os sistemas RO tradicionais.
“Você está produzindo uma quantidade menor de salmoura com a qual terá que lidar para qualquer tecnologia de destruição subsequente”, observa ele.
Relação Custo-benefício
Além disso, ele destaca a relação custo-benefício da solução de OR de alta recuperação da ROTEC a longo prazo, especialmente em comparação com tratamentos alternativos, como carvão ativado granular (GAC). Ao empregar OR como uma etapa preliminar para remover várias cadeias de PFAS antes de aplicar o GAC, a pegada de carbono necessária da planta poderia ser reduzida significativamente, resultando em operações mais eficientes a longo prazo e na redução dos custos do ciclo de vida. Ele também enfatiza que o RO tem potencial para abordar contaminantes emergentes além do PFAS, como o 1,4-dioxano e outras substâncias.
“Ao combinar OR com filtragem de carbono, você não apenas garante água limpa, mas também tem a opção de reutilizar as águas residuais, criando uma solução eficiente e confiável que oferece o melhor dos dois mundos”, conclui Alderman.
Dr. Graeme Pearce, diretor da Membrane Consultancy Associates, é especializado em consultoria sobre tecnologia de filtração por membrana. Ele diz que o processo precisa envolver a remoção e a destruição do PFAS.
“O desafio do PFAS é duplo”, acrescenta. Em primeiro lugar, os compostos precisam ser removidos da água tratada até um nível aceitável para consumo humano. Em segundo lugar, precisam de ser destruídos para evitar uma descarga de resíduos que lhes permita acumular-se no ambiente”.
Uma tecnologia como OR está comprovadamente capaz de atender às metas de remoção.
A chave para esta abordagem é proporcionar o benefício de reduzir o volume do fluxo de resíduos que exige a destruição do PFAS concentrado. O custo das tecnologias de destruição é muitas vezes mais influenciado pelo volume a ser tratado do que pela concentração. Um OR operando com recuperação de 90% poderia, portanto, alcançar uma redução de custos muito significativa, uma vez que apenas um décimo do fluxo teria que ser tratado.”
O Dr. Pearce acredita que uma abordagem combinada será necessária para enfrentar o desafio do PFAS.
“A abordagem combinada de OR mais tecnologia de destruição para o concentrado fornece um grau de segurança que potencialmente reflete a abordagem de múltiplos estágios/múltiplas barreiras frequentemente adotada para tratamento avançado na reutilização de águas residuais”, acrescenta.
“A desvinculação de funções fornece um método à prova de falhas para resolver o problema do PFAS. Serão necessárias avaliações de custos individuais específicas do local para confirmar se a abordagem faz sentido do ponto de vista económico, mas parece ser promissora e certamente forneceria uma solução robusta.”
A necessidade de uma “pilha tecnológica” de soluções e parcerias
A integração de diversas soluções tecnológicas e parcerias é uma estratégia crítica no combate aos PFAS.
Dando continuidade a este tema, Alderman enfatiza a importância de incorporar várias tecnologias em uma “pilha de tecnologia” abrangente ao abordar a contaminação por PFAS. Ele sublinha a qualidade incomparável da água produzida através de sistemas de OR de alta recuperação, destacando a sua capacidade de fornecer água potável da mais alta qualidade atualmente possível.
No entanto, ele também reconhece a questão das águas residuais concentradas geradas através do processo de OR e a necessidade de lidar com isso de forma eficaz. A ROTEC, com a sua capacidade de minimizar significativamente as águas residuais, 25% daquelas produzidas pelos sistemas tradicionais de OR, desempenha um papel fundamental nesta abordagem combinada.
Além disso, Alderman enfatiza a necessidade de explorar tecnologias avançadas adicionais, como o fracionamento de espuma, que serve como uma ferramenta de concentração para reduzir as águas residuais a uma escala administrável para tratamento subsequente.
“Ao aproveitar os pontos fortes de cada tecnologia e abordar eficazmente as suas respectivas limitações, pode ser desenvolvida uma solução holística que atinja o problema do PFAS na sua essência”, observa ele.
Colaboração é fundamental
Esforços colaborativos estão em andamento na indústria. A ROTEC formou uma série de parcerias de ultrafiltração e carbono, integrando a caixa de ferramentas da organização junto com a tecnologia RO. Estas colaborações aproveitam o uso de carvão ativado com membranas, oferecendo uma solução eficaz para extrair uma ampla gama de contaminantes, incluindo PFAS. Diante da necessidade de extrair um espectro mais amplo de poluentes, a integração da tecnologia OR torna-se indispensável, afirma.
“Com a nossa solução queremos ajudar a apoiar os municípios, as próprias empresas de serviços públicos, através do trabalho com as suas empresas de engenharia e pessoas que os ajudam a fornecer-lhes orientação. Podemos fazer parte desse trabalho piloto e testes iniciais, mas no final, ficaremos felizes em cooperar com algumas das outras grandes empresas de água para a solução final. Nossa intenção é colaborar e fornecer soluções combinadas”, conclui Alderman.
A natureza multifacetada da crise do PFAS exige uma abordagem abrangente que integre tecnologias avançadas e parcerias colaborativas. Ao aproveitar os pontos fortes de várias tecnologias, incluindo membranas de OR, fracionamento de espuma e carvão ativado, as concessionárias de água podem gerenciar eficazmente as águas residuais concentradas, garantindo ao mesmo tempo a produção de água potável limpa e de alta qualidade.
À medida que as colaborações da indústria continuam a evoluir, as principais empresas de água não terão outra escolha senão unir forças, sublinhadas por um compromisso partilhado no desenvolvimento de soluções holísticas que protejam os recursos hídricos e a saúde pública.
Traduzido por: Denise Akemi F. Takahashi Trugillo para o Portal Tratamento de Água.
Fonte: Water Online
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