Inovações tecnológicas para tratamento e reúso de água: Enfrentando os desafios do

Século XXI

José Carlos Mierzwa

mierzwa@usp.br

Aracajú, 09 de Dezembro de 2015

Resumo da apresentação

• Histórico dos problemas de saneamento;

• Desafios atuais para o tratamento de águas e efluentes;

• A opção dos processos de separação por membranas;

• Desafios tecnológicos;

• Pesquisas em desenvolvimento;

• Considerações finais.

• “É incrível a história que os esgotos podem nos contar: dos hábitos de alimentação e higiene pessoal ao uso de medicamentos e comportamentos íntimos, como sexual e social”

(Adaptado de Lofrano, Giusy e Brown, Jeanette, Science of Total Environment, 408 (2010) 5254-5264)

Tão incrível quanto a história contada pelos esgotos é o fato de que parte dela pode ser lida na água e no alimento que consuminos.

Citação do autor.

Paralelo Histórico entre as práticas de Saneamento, com foco em água de abastecimento e no tratamento de esgotos (Adaptado de vários autores)

Era Romana Era negra do saneamento

Era da iluminação no saneamento e revolução industrial

Desenvolvimento dos processos básicos de

tratamento

Era do desen-volvimento de

processos Aumento na restrição dos padrões ambientais

Novos processos

0 476- 800 1800 1914 1965 20141700

Processo de filtração para remoção de partículas

Início do uso de filtros lentos - Europa

1855

Vínculo entre uma epidemia de cólera e a água

(John Snow – Londres)

1880-1890

Teoria dos germes por Louis Pasteur

1908

Início do uso do Cloro - EUA

1950

Demonstração teórica da dessalinização por membranas

(Samuel Yuster - UCLA)

1958-1960

Desenvolvimento de membranas assimétricas

(Loeb e Sourirajan)

Desenvolvimento dos sistemas

MBR

19901970

Teoria dos sedimentadores lamelares

(K.M. Yao)

Desenvolvimento do saneamento no mundo e as tecnologias aplicadas após a revolução industrial

• Gerenciamento dos esgotos por meio do lançamento direto no solo e nos corpos d’água.

Fonte: Fundamentals of biological wastewater treatment, 2007 – Udo Wiesmann, In Su Choi and Eva-Maria Dombrowski.

Resultados das práticas adotadas para o tratamento de esgotos

• Epidemias de cólera;

• Correlação entre a presença de organismos vivos na água e as epidemias de cólera;

• Uso de sistemas de filtração para tratamento de água, os quais evoluíram para os sistemas convencionais;

• Adoção do cloro como agente de desinfecção.

Segunda Guerra Mundial (1939)

Desafios atuais associados ao Saneamento em grandes centros urbanos

Falta de planejamento;

Demanda excessiva;

Poluição;

Necessidade de importar água de regiões distantes.

Escassez de água:

Quantidade; e

Qualidade.

Poluição da Água

►Efluentes de origem doméstica:

Problemas relacionados à diminuição da concentração de oxigênio nos corpos d´água e substâncias nutrientes.

►Efluentes de origem industrial:

Problemas relacionados aos mais variados tipos de substâncias.

►Acidentes ambientais podem agravar o problema.

Problemas de poluição

Opções para a Gestão dos Recursos Hídricos e do Saneamento Políticas de gerenciamento integrado dos recursos hídricos:

Lei Federal 9.433/1997.

Uso Racional da Água:

Equipamentos economizadores;

Melhoria dos processos produtivos;

Redução da perdas em sistemas de produção e distribuição.

Aprimoramento dos processos de tratamento de água e efluentes:

Tecnologias de separação por membranas.

Reciclagem e reúso da água.

Opções tecnológicas para tratamento de águas e esgotos

Tecnologia Classe de contaminante

CID GID COD SS Bactérias e

vírus

Evaporação E / B NA B E E

Troca iônica e eletrodeionização e

eletrodiálise E E NA NA NA

Osmose reversa B NA B E E

Adsorção em carvão ativado NA NA E / B NA NA

Radiação ultravioleta NA NA NA NA B / E

Sistema convencional de

tratamento de água NA NA NA E E

Micro e ultrafiltração NA NA B E E

Oxidação química(ozônio) NA NA E / B NA E

Sistemas biológicos de tratamento NA NA B / E B NA

E = Eficiente; B = Bom; NE = Não CID – Compostos Inorgânicos Dissolvidos; GID – Gases Ionizáveis Dissolvidos; COD – Compostos Orgânicos Dissolvidos; SS – Sólidos em suspensão.

Fatores favoráveis ao uso das tecnologias de separação por membranas

Limitação dos sistemas convencionais de tratamento para lidar com os problemas associados ao tratamento de água e esgotos;

Necessidade de altos investimentos para aprimorar os processos tradicionais de tratamento às novas demandas.

Demanda do mercado:

A previsão para o mercado de membranas em 2012 foi de US$ 15 bilhões (Freedonia Group, 2009);

50% deste valor relacionado aos mercados de tratamento de água e efluentes, envolvendo as tecnologias de micro e ultrafiltração e osmose reversa.

Relação entre inovação e investimento em P&D na atualidade

Principais processos de separação por membranas e capacidade de tratamento

Desafios para a aplicação das tecnologias de separação por membranas

• No Brasil: • Demonstrar o potencial da tecnologia de separação por

membranas para tratamento de água e efluentes;

• Desenvolver uma base de conhecimento específica para a aplicação da tecnologia, considerando-se as condições do país;

• Ampliar as pesquisas sobre a fabricação de membranas nacionais, com foco nos problemas de desempenho observados.

• No mundo:

• Desenvolvimento de membranas com menor potencial de ocorrência de depósitos.

Sistemas MBR para Tratamento de Esgotos

Combinam o processo biológico de tratamento de efluentes com o processo de separação por membranas;

Elimina a necessidade de utilização de clarificadores secundários;

Permite a operação com uma maior concentração de sólidos no licor misto;

Possibilita a obtenção de um efluente tratado com qualidade superior.

Sistema MBR Puron - Koch

Exemplo do desempenho dos bioreatores com membranas submersas

Afluente (mg/L) Efluente (mg/L) Membrana

SS DQO* DBO SS DQO DBO

80 - 460 100 - 365 200 -

1000 < 5 < 40 < 10 UF

96 89 349 < 5 12 3,7 UF

280 620 230 < 5 11 < 5 MF

153 79 176 < 5 6 1,5 MF

110 – 164 292 – 411 --x-- < 5 15 – 19 --x-- UF

1315 --x-- 1130 5 --x-- 5 UF

* DQO baseada no método com permanganato.

Fonte: Water Treatment Membrane Processes - AWWA

Desenvolvimento de membranas no CIRRA/USP

Reúso Potável O fator limitante para o reúso não potável abrangente

de água é o custo da rede de distribuição;

Atualmente o nível de desenvolvimento tecnológico permite a obtenção de água com elevado grau de qualidade;

Com a utilização destas tecnologias é possível implantar um programa de reúso potável planejado;

Isto já vem sendo feito em outros países.

Reúso Potável

Avaliação do potencial de um programa de reúso potável para o Município de Campinas;

Estudo a ser desenvolvido pelo Centro Internacional de Referência em Reúso de Água – POLI/USP;

Utilização do esgoto tratado de um Sistema MBR;

Adoção de tecnologias complementares de tratamento:

◦ Desinfecção por radiação UV;

◦ Sistema de Osmose Reversa;

◦ Processo de oxidação avançado (UV/Peróxido);

◦ Carvão ativado granular.

Proposta para produção de água de reúso para fins potáveis (Fonte: Imprensa Oficial, 2015).

Conclusões: A falta de planejamento nos grandes centros urbanos

tem resultado em problemas induzidos de escassez de água;

Para enfrentar estes problemas é necessária uma abordagem integrada;

◦ Redução do consume de água;

◦ Uso de novas tecnologias;

◦ Reúso planejado.

Foco em Inovação tecnológica.

Muito obrigado!