Resumo
Usinas termelétricas requerem uma quantidade significativa de água. Além disso, há uma necessidade de condicionar a qualidade da água para cada uso específico. A usina de estudo não possui fontes de mananciais hídricos próximos, fazendo uso da captação de água da costa oceânica do estado do Maranhão, Brasil, que possui elevada turbidez e variações enormes de marés ao longo do ano. Como a fonte de água é de natureza salina, justifica-se a necessidade de processos de osmose inversa a fim de transformar a fonte de água salina em água ultrapura para alimentação das caldeiras, pois esta água poderia corroer e / ou incrustar ao longo do processo industrial. A água a ser alimentada no sistema de osmose inversa necessita de um pré-tratamento a fim de adequar sua qualidade para uma maior eficiência do processo. Este trabalho tem como objetivo principal avaliar o processo de dessalinização da água do mar através de uma combinação de processos físicos e químicos, como coagulação-floculação, filtração de areia e microfiltração como pré-tratamento à osmose inversa. Testes de coagulação e floculação com PAC (cloreto de polialumínio) e polímeros floculantes foram testados. A combinação de dosagens de PAC de 30 mg / L e 0,3 mg / L de polímero aniônico Nalclear 8173 permitiu a redução dos valores de turbidez para abaixo de 1 NTU. O permeado da microfiltração apresentou melhor qualidade como água de alimentação para a osmose inversa, sendo indicativo de substituição aos atuais projetos de usinas com filtro cartucho, pois garante valores menores de SDI15, indicando maior vida útil para membranas de osmose inversa.
Introdução
A usina termelétrica Itaqui é o primeiro empreendimento da Eneva no Maranhão. Localizada no Distrito Industrial de São Luis e movida a carvão mineral, a usina está em operação comercial desde fevereiro de 2013. Com capacidade para gerar 360 MW de energia, a Eneva aplica uma significativa parcela de seu investimento total em tecnologias de controle ambiental, que promovem a queima limpa do carvão, reduzindo significativamente as emissões de material particulado, enxofre e óxido de nitrogênio na atmosfera. Em 2015, Itaqui obteve a certificação internacional do Sistema de Gestão de Qualidade (ISO 9001) e do Sistema de Gestão de Saúde e Segurança (OHSAS 18001) para o processo de descarregamento de graneis sólidos (Operação portuária).
Itaqui capta água salina do mar para utilização em sistemas de caldeira para geração de energia. Esta água passa por etapas de coagulação-floculação, filtro multimídia, filtro cartucho e osmose inversa. No entanto, o sistema de filtro cartucho é reposto várias vezes ao longo do ano, gerando custo para o processo, além do fato das membranas de osmose inversa possuírem tempo de vida útil operacional menor do que o projetado, em decorrência da presença de alumino silicatos, agredindo sua estrutura.
A osmose inversa é de longe o mais difundido tipo de processo de dessalinização. É capaz de rejeitar quase toda a matéria coloidal ou dissolvida a partir de uma solução aquosa, produzindo uma corrente de salmoura concentrada e uma corrente de permeado que consiste de água quase pura. Embora seja usada para concentrar substâncias, o seu uso mais freqüente reside nas aplicações de dessalinização (BAKER, 2004; FRITZMANN et al., 2007; HABERT et al., 2006).
A osmose inversa retém quase todos os solutos dissolvidos, incluindo sais e íons, permitindo a passagem de solvente. O termo osmose inversa se deve ao fato do fluxo de permeado do processo ocorrer no sentido inverso ao do fluxo osmótico normal (BAKER, 2004; HABERT et al., 2006).
Devido à sensibilidade a incrustação em unidades de osmose, a água de alimentação deve ter uma alta qualidade. Para assegurar desempenho estável, em longo prazo, o pré-tratamento deve fornecer água de alimentação de alta qualidade, independentemente da flutuação da qualidade da água bruta, sendo essencial para a operação da usina. O pré-tratamento serve para reduzir o potencial de incrustação, aumentar a vida da membrana da osmose inversa, manter a eficiência do processo e minimizar o fouling na superfície da membrana (AL-MALEK et al., 2005).
A água do mar apresenta elevado teor de sais, devendo ser condicionada para alimentar o processo de osmose inversa em plantas termelétricas. O pré-tratamento é um passo de processo cuidadoso para evitar danos às membranas. A coagulação-floculação é um processo usado para agregar colóides e partículas dissolvidas em flocos maiores, que podem ser removidos por processos de sedimentação ou flotação, dependendo das características dos flocos serem coesivos ou grumosos, respectivamente (JINMING et al., 2002; DI BERNARDO & DANTAS, 2005).
Na coagulação, o objetivo é a desestabilização das partículas que estão em suspensão, proporcionando uma colisão entre eles. Esta desestabilização ocorre pela adição de substâncias químicas conhecidas como coagulantes. As substâncias normalmente utilizadas como coagulantes são sulfato de alumínio, sulfato ferroso, cloreto férrico, sulfato férrico e aluminato de sódio. Auxiliares também podem ser usados para coagulação, sendo o uso mais comum chamado polieletrólitos ou polímeros, por apresentar estrutura química polimérica. A floculação promove a aglomeração e compactação das partículas na formação de flocos capazes de sedimentar. Este processo é favorecido pela agitação suave, que facilita o contato entre os flocos. O processo de coagulação-floculação, no tratamento de água, é utilizado para: Remoção de turbidez; Remoção de cor; Redução de bactérias, vírus e outros agentes patogênicos; Assim como outras algas e organismos planctônicos (KIM et al., 2001; DI BERNARDO & DANTAS, 2005).
No passado, a maioria das usinas de osmose inversa utilizou pré-tratamento convencional, que é definido como pré-tratamento químico e físico sem a utilização de tecnologias de membrana. Pré-tratamento convencional geralmente usa coagulação-floculação, sedimentação, filtro de areia e filtro cartucho. Com o declínio da qualidade da água e diminuição dos custos, surgiram projetos de utilização de pré-tratamento por membrana antes do estágio de osmose inversa como uma alternativa ao pré-tratamento convencional (WOLF & SVERNS, 2004). Membranas de micro e ultrafiltração são opções alternativas consideráveis e estima-se que o pré-tratamento por membrana cresça rapidamente nos próximos anos (VIAL et al., 2003).
O objetivo deste trabalho é simular em escala laboratorial etapas de pré-tratamento que conduzam ao maior tempo de vida útil das membranas de osmose inversa, através de uma combinação de processos físicos e químicos, como coagulação-floculação, filtração de areia e microfiltração, gerando como produto final, um permeado com maior qualidade para alimentação de sistemas de osmose inversa.
Autores: Luciano Dias Xavier; Lídia Yokoyama; Vanessa Reich de Oliveira e Gabriel Travagini Ribeiro.
