A reutilização da água, ou seja, a reutilização da água de processo tratada, há muito que deixou de ser apenas uma questão de sustentabilidade. Para muitas empresas industriais, tornou-se uma necessidade estratégica. O aumento dos preços da água, os requisitos regulamentares cada vez mais rigorosos, os limites de descarga mais restritos e as crescentes obrigações ESG obrigam as empresas a repensar o seu consumo de água e as suas quantidades de águas residuais.
No entanto, a reutilização da água é frequentemente considerada um mero «projeto de membranas». A osmose reversa (OR) ou a ultrafiltração estão no centro de muitas discussões. Na prática, porém, verifica-se repetidamente que o maior desafio não está na escolha da membrana, mas na estabilidade do abastecimento.
Foto: Um dos nossos sistemas de osmose inversa para reciclagem de água de descarga de torres de refrigeração
Índice
O que significa reutilização da água no contexto industrial?
A reutilização industrial da água refere-se ao tratamento específico de águas residuais de processo para que possam ser reutilizadas na operação, em vez de serem totalmente descartadas. As aplicações típicas são:
Reciclagem de água de refrigeração (consulte o nosso produto ReUse especialmente desenvolvido: Reciclagem de água de refrigeração)
Água de processo
Água de limpeza e lavagem
Água de alimentação após tratamento adicional
O objetivo é reduzir a necessidade de água potável, minimizar a quantidade de águas residuais e, a longo prazo, tornar-se mais independente dos recursos hídricos externos.
O verdadeiro desafio: condições de afluência variáveis
A diferença decisiva entre águas residuais municipais e águas residuais industriais reside na dinâmica do afluxo. Enquanto os afluxos municipais são relativamente «uniformes» ao longo do dia, os fluxos de águas residuais industriais são frequentemente caracterizados por ciclos de produção e limpeza, com variações abruptas no caudal e nos componentes. Para um sistema de reutilização de água, o ponto crítico não é a carga média, mas sim a variação: ou seja, a intensidade e a rapidez com que o afluxo se altera.
Na prática, as flutuações ocorrem normalmente em cinco dimensões que influenciam diretamente o design e a segurança operacional das instalações de reciclagem de água:
Em primeiro lugar, a carga hidráulica. Esvaziamentos de lotes, limpezas CIP, picos de lavagem ou desvios temporários provocam grandes variações nos caudais. Isso afeta os tempos de permanência (HRT), a qualidade da mistura, a formação de flocos, o desempenho da separação e a carga de filtração. Nos sistemas de membranas (UF/RO), uma operação instável frequentemente leva a perfis de fluxo desfavoráveis, velocidades de fluxo transversal variáveis e, consequentemente, a uma maior tendência para incrustações.
Em segundo lugar, a carga orgânica varia, sendo na prática descrita principalmente através do CSB (COD) e do TOC. Não é apenas o nível que é relevante, mas também a composição: a proporção de substâncias facilmente biodegradáveis (bCOD), a proporção de matéria orgânica coloidal/particular e a proporção de matéria orgânica refratária. Especialmente com produtos ou produtos químicos de limpeza variáveis, essa composição muda a curto prazo. Para instalações de reutilização, isso significa que os produtos químicos de pré-tratamento (coagulação/floculação), as etapas de polimento biológico e as etapas de carvão ativado ou AOP devem ser concebidos de forma a não tratar apenas um «fluxo padrão», mas também a absorver picos de carga de forma estável.
Em terceiro lugar, o teor de sal ou a composição iónica (TDS/condutividade) é frequentemente muito variável. As causas são, por exemplo, águas residuais de regeneração, produtos de limpeza, matérias-primas variáveis, reações de neutralização ou efeitos de evaporação/concentração em circuitos. Para as instalações de osmose inversa, não é apenas a condutividade em si que é decisiva, mas também o equilíbrio iónico relevante para a formação de incrustações (por exemplo, cálcio, magnésio, sulfato, carbonato, silicato, bário/estrôncio). Mesmo flutuações moderadas podem levar à supersaturação na RO devido a fatores de concentração, com precipitações no sistema de membranas.
Em quarto lugar, em muitas indústrias (química, revestimentos, metal, alimentos, papel) ocorrem tensioativos, polímeros e dispersantes. Esses grupos de substâncias estabilizam emulsões e colóides, dificultam a separação no pré-tratamento e aumentam significativamente a tendência de incrustação da filtração e das membranas. Ao mesmo tempo, podem influenciar fortemente a eficácia da coagulação/floculação. Consequentemente, o pré-tratamento no conceito de reutilização da água deve ser frequentemente projetado de forma significativamente mais robusta do que nas instalações clássicas de descarga única, incluindo um processo seguro, estratégia de dosagem e técnica de separação adequada (por exemplo, flotação eficiente e filtração a jusante).
Em quinto lugar, as variações de temperatura têm um papel mais importante do que se pensa. A temperatura influencia a viscosidade, a formação de flocos, a cinética biológica, a solubilidade dos sais, bem como o comportamento de incrustação (por exemplo, CaCO₃) e a tendência para bioincrustação. Especialmente quando a água quente do processo ocorre de forma intermitente ou varia muito sazonalmente, o design do tampão, do arrefecimento e do funcionamento da membrana deve ser ajustado em conformidade.
Essa variabilidade é a principal razão pela qual a reutilização da água na indústria é tecnicamente complexa: os sistemas de membranas são altamente eficientes, mas sensíveis a condições de alimentação instáveis. Sem um amortecimento suficiente, um pré-tratamento robusto e uma gestão operacional orientada para a carga, surgem dois riscos dominantes que determinam a rentabilidade em quase todos os projetos de reutilização: incrustação (precipitações/incrustações) e bioincrustação (crescimento de biofilme). Ambos os fenómenos não são, em geral, «falhas da membrana», mas sim consequências de uma alimentação insuficientemente estabilizada e de uma cadeia de processos não concebida para lidar com flutuações.
Foto: Sistema de osmose inversa ALMA OSMO para caudais de água até 3.000 m3/h
Scaling – o perigo subestimado para os sistemas de membrana
Scaling refere-se à precipitação de sais dissolvidos dentro de membranas, especialmente em sistemas de osmose inversa. Substâncias problemáticas típicas são carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, compostos de bário, silicatos ou compostos de ferro.
Em condições instáveis, o risco aumenta significativamente. Altas concentrações de sal, em combinação com processos de concentração na RO, levam à supersaturação. Variações de temperatura ou pH intensificam ainda mais esse efeito.
As consequências são graves:
aumento da pressão diferencial
fluxo de permeado decrescente
aumento das necessidades energéticas
danos irreversíveis na membrana
Um sistema de reutilização com dimensões inadequadas ou operação instável pode rapidamente tornar-se economicamente pouco atraente.
Foto: Instalação de reciclagem de água ALMA BHU LHPS com precipitação e floculação, bem como descarbonização. Permite uma reciclagem eficaz da água sem incrustações nas membranas.
Bioincrustação – quando a biologia contra-ataca
A bioincrustação ocorre devido à formação de biofilmes nas superfícies das membranas. Ao contrário do que se pensa frequentemente, não é apenas a carga absoluta de CBO que é decisiva, mas também a estabilidade da parte biodegradável.
A carga orgânica variável e as condições instáveis de nutrientes promovem o crescimento microbiano. Mesmo pequenas cargas residuais podem ser suficientes para formar biofilmes em condições desfavoráveis.
As consequências:
aumento rápido da pressão
limpezas químicas mais frequentes
vida útil reduzida da membrana
custos operacionais crescentes
Em muitos casos, a bioincrustação não é um problema da membrana, mas sim um problema de pré-tratamento.
Foto: A nossa instalação de biofiltração ALMA BioFil Compact para a decomposição de resíduos orgânicos e, consequentemente, para a prevenção de bioincrustações nas membranas.
A chave está no pré-tratamento
Um sistema robusto de reutilização de água não começa com a membrana, mas sim com um pré-tratamento estável.
Os elementos centrais são:
Amortecimento hidráulico (equalização)
As flutuações devem ser compensadas e homogeneizadas. Sem reservatórios de compensação com dimensões adequadas, é praticamente impossível garantir um funcionamento estável.Remoção de gorduras e sólidos
As instalações de flotação de alto desempenho (por exemplo, sistemas ALMA NeoDAF) desempenham aqui um papel central. Gorduras, substâncias lipófilas e cargas particuladas devem ser removidas de forma fiável antes da membrana. Elas são fatores essenciais dos processos de incrustação.Coagulação e floculação otimizadas
Águas residuais com teor de metais requerem um pré-tratamento químico específico para desestabilizar os sistemas coloidais. A formação estável de flocos reduz significativamente a carga orgânica residual.Pós-tratamento biológico
Para decompor resíduos orgânicos que causam bioincrustação nas membranas, muitas vezes é necessário um pós-tratamento biológico.
Componentes tecnológicos dos sistemas modernos de reutilização
Dependendo da qualidade pretendida e dos requisitos do processo, são utilizadas diferentes tecnologias:
- Instalações de flotação para remoção de sólidos coloidais (por exemplo, ALMA NeoDAF)
- Instalações de precipitação e floculação com descarbonização integrada (por exemplo, ALMA BHU LHPS)
- Instalações de biofiltração para remoção de resíduos orgânicos (por exemplo, ALMA BHU BioFil)
Ultrafiltração para remoção de partículas muito finas (por exemplo, ALMA MEM UF)
Osmose inversa para redução de sal (por exemplo, ALMA OSMO)
Carvão ativado para remoção de traços orgânicos dissolvidos (por exemplo, ALMA FIL AK)
Troca iônica para remoção seletiva de determinados íons (por exemplo, ALMA Ion)
Processos de oxidação avançados para a redução de matéria orgânica refratária (por exemplo, ALMA OXI UV)
A seleção não é feita isoladamente, mas no contexto do sistema como um todo.
Princípios de sucesso para instalações estáveis de reutilização de água
A experiência em engenharia permite deduzir princípios de design claros:
- uma instalação de pré-tratamento concebida de forma inteligente e adequada à aplicação
Interpretação conservadora em vez de dimensionamento limite
margens de segurança suficientes
construção modular
Monitorização online de parâmetros relevantes
dosagem automatizada e proporcional à carga de produtos químicos
Consideração da gestão de lamas
Os sistemas de reutilização raramente falham devido à tecnologia, mas sim devido a suposições demasiado otimistas sobre a estabilidade do abastecimento.
Conclusão
A reutilização da água não é um projeto de membranas.
É um projeto de sistema.
O sucesso a longo prazo depende do facto de o sistema global, desde a equalização, passando pelo pré-tratamento físico-químico, até à fase de polimento, ser estável, conservador e adequado ao processo.
As empresas que investem apenas em tecnologia de membranas, sem otimizar o design do processo a montante, correm o risco de incorrer em custos operacionais elevados e de ter instalações instáveis.
A chave para o sucesso da reutilização da água está sempre na engenharia prévia.
Se tiver alguma dúvida ou se tiver um projeto ReUse interessante, não hesite em contactar-nos a qualquer momento. Temos a certeza de que podemos oferecer-lhe a solução ideal!
