avaliação do uso de recursos hídricos em refinarias de petróleo

STONESMOGENE COLLARES

AVALIAÇÃO DO USO DE RECURSOS HÍDRICOS EM REFINARIAS DE PETRÓLEO: UM ESTUDO DE CASO NA PETROBRAS

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Sistema de Gestão da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. Área de concentração: Meio Ambiente

Orientador: Prof. Aírton Bodstein de Barros, D. Sc.

NITERÓI

2004

2

STONESMOGENE COLLARES

AVALIAÇÃO DO USO DE RECURSOS HÍDRICOS EM REFINARIAS DE PETRÓLEO: UM ESTUDO DE CASO NA PETROBRAS

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Sistema de Gestão da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. Área de concentração: Meio Ambiente

Aprovado em:

BANCA EXAMINADORA

________________________________________________ Prof. Aírton Bodstein de Barros, D. Sc. (Orientador)

Universidade Federal Fluminense

________________________________________________ Prof. Oscar de Moraes Cordeiro Netto, D. Sc.

Universidade de Brasília

_________________________________________________ Prof. Sérgio Pinto Amaral, D. Sc. Universidade Federal Fluminense

__________________________________________________

Montserrat Motas Carbonell, D. Sc. Universidade Estadual de Campinas

3

Dedico esse trabalho à minha esposa Sônia Rosa, pela paciência, incentivo, compreensão e,

acima de tudo, pela cumplicidade que nos mantêm fortes e unidos.

Dedico também aos meus filhos Marcelo e Márcio pelo carinho diário e por ouvirem com

atenção e respeito um pai sempre agradecido pela família que tem.

4

AGRADECIMENTOS

Ao professor Airton Bodstein de Barros, pela orientação recebida.

A Marcelo Pernambuco de Fraga Rodrigues e José Mauricio Silva Lucca, pela compreensão,

apoio e confiança no trabalho proposto.

A Roberto da Silva Amorim pelas sugestões e auxilio na revisão do trabalho.

A Nildemar Correia Ruella pelas informações fornecidas ao longo de toda jornada e ajuda na

pesquisa bibliográfica.

5

RESUMO

A utilização racional dos recursos hídricos é certamente a forma mais adequada para

se combater o progressivo aumento da escassez mundial de água. Esta dissertação está

fundamentada no sistema de tratamento de águas e de efluentes de uma refinaria brasileira. A

partir de um balanço material base, são feitas análises de alternativas no processo e nas

operações unitárias visando a diminuição da captação da água e do lançamento dos despejos.

É feita uma análise técnico-econômica dessas possibilidades usando como parâmetros de

avaliação, tecnologias convencionais e tecnologias de membrana. Os impactos ambientais

mais significativos dessas alternativas também são abordados. A avaliação econômica é

realizada através da composição de dados reais compilados em literatura referente a indústrias

americanas e fornecedores de tecnologia de membranas com atuação no Brasil.

Palavras-chaves: recursos hídricos, tratamento de águas e efluentes.

6

ABSTRACT

The rational use of water resources is certainly the more suitable way to prevent the

gradual increase of world-wide water scarcity. This thesis is based on water and wastewater

treatment plants of a Brazilian oil refinery. Using a base mass balance, opportunity studies are

conducted in the process and unit operations with the aim of reducing the consumption of the

water and the wastewater generation. Economical and technical analysis are used to choose

the best option, using conventional and membrane technologies. The economic evaluation is

conducted by using an available compilation of real data from the literature about American

industries and membrane technology suppliers in Brazil.

Key words: water resources, water and wastewater treatment.

7

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 Fluxograma simplificado de sistema de tratamento de água em refinarias.. 32

Quadro 1 Características operacionais das membranas ................................................ 34

Figura 2 Escala de porosidade e aplicabilidade de membranas filtrantes .................. 34

Figura 3 Princípio da osmose reversa ........................................................................ 41

Figura 4 Cadeia evolutiva de tratamento com eletrodeionização .............................. 44

Figura 5 Relação da geração de efluentes nas refinarias da Petrobras ....................... 45

Figura 6 Processo MBR ZenoGem ............................................................................. 49

Figura 7 Membrana submersa em reator biológico ..................................................... 51

Figura 8 Custo de membrana 1991-2003 .................................................................... 52

Figura 9 Minimização de água .................................................................................... 61

Figura 10 Seqüência de reúso proposta pela Veolia .................................................... 63

Quadro 2 Níveis de tratamento e descrição dos sistemas ............................................. 65

Figura 11 Caso Base ..................................................................................................... 74

Figura 12 Modificação das operações unitárias ........................................................... 75

Figura 13 Reúso da água de processo .......................................................................... 75

Figura 14 Correntes de entrada e saída ........................................................................ 77

Figura 15 Análise pinch indicando formas de redução ................................................ 78

Figura 16 Análise pinch indicando ações específicas para redução ............................ 79

Figura 17 Sistema de reúso da PEMEX em Tula ......................................................... 81

Quadro 3 Tecnologias de tratamento de água e efluentes nas refinarias da Petrobras 84

Quadro 4 Principais impactos dos fundamentos da PNRH na Reduc .......................... 86

Figura 18 Localização da Reduc .................................................................................. 91

Figura 19 Circuito hídrico base (Reduc) ...................................................................... 105

Figura 20 Circuito com reúso interno (Reduc) ............................................................ 106

Figura 21 Circuito com regeneração do efluente final (Reduc) ................................... 107

Figura 22 Foto aérea da região da Reduc e pontos de coleta de amostras ................... 113

Figura 23 Curva de investimento para tratamento secundário, filtração por contato,

adsorção por carvão e osmose reversa .......................................................... 128

Figura 24 Curva de investimento para lodo ativado convencional ............................... 128

8

Figura 25 Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração

direta............................................................................................................... 129

Figura 26 Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração por

contato ........................................................................................................... 129

Figura 27 Diagrama simplificado de aproveitamento do rio Iguaçu ............................. 134

Quadro 5 Comparação das alternativas ao sistema atual .............................................. 143

9

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Usos múltiplos da água por continente (Km3) ............................................. 16

Tabela 2 Localização das refinarias por bacia hidrográfica e seus consumos ............ 26

Tabela 3 Características típicas de tecnologias de membranas ................................... 35

Tabela 4 Custos de operação e manutenção da planta de microfiltração de Saratoga . 37

Tabela 5 Eficiência de membranas de ultrafiltração .................................................... 39

Tabela 6 Geração de efluentes das refinarias em 2002 ............................................... 46

Tabela 7 Comparação de reator de membrana com lodo ativado convencional .......... 50

Tabela 8 Comparação de custos de investimento de lodo ativado e MBR ZenoGem . 53

Tabela 9 Comparação dos custos de operação para lodo ativado e MBR ZenoGem .. 54

Tabela 10 Uso de água na indústria ............................................................................. 55

Tabela 11 Uso de água em refinarias da região sudeste em 2001 ................................ 56

Tabela 12 Uso de água em complexo petroquímico do sudeste asiático ..................... 56

Tabela 13 Concentração esperada por nível de tratamento .......................................... 65

Tabela 14 Características do influente e efluente do Unitank ...................................... 82

Tabela 15 Características do influente e efluente (tratamento terciário) ..................... 82

Tabela 16 Categorias de refinarias e cargas médias efluentes ..................................... 93

Tabela 17 Características das unidades de tratamento de efluentes da Reduc ............. 95

Tabela 18 Impacto do tratamento da água de reposição na vazão de blowdown ........ 97

Tabela 19 Simulação para ciclo teórico máximo ......................................................... 98

Tabela 20 Origem de efluentes de refinarias ................................................................ 99

Tabela 21 Uso de água em refinarias americanas ........................................................ 99

Tabela 22 Economia hipotética nas refinarias com aumento de concentração ............ 101

Tabela 23 Comparação de efluentes secundários de refinaria e doméstico ................. 103

Tabela 24 Comparação dos impactos do reúso de efluentes ........................................ 107

Tabela 25 Qualidade do rio Iguaçu na estação IA260 ................................................. 114



Tabela 28 Dados de vazão dos rios Iguaçu e Sarapuí .................................................. 117

Tabela 29 Parâmetros indicadores de poluição em águas fluviais ............................... 118

Tabela 30 Parâmetros não metálicos nas amostras de águas fluviais .......................... 119

Tabela 31 Qualidade da água captada para refinarias da Petrobras ............................. 121

10

Tabela 32 Características do efluente para reúso em Cingapura .................................. 122

Tabela 33 Estimativa de custos de construção de estações recuperadoras ................. 124

Tabela 34 Estimativa de custos de operação e manutenção de estações .................... 125

Tabela 35 Custos da vida útil conforme o processo de tratamento ............................. 125

Tabela 36 Obtenção dos custos da vida útil com vazão de 700 m3/h ......................... 127

Tabela 37 Custos da vida útil para centrifugação do lodo da ETA ............................. 130

Tabela 38 Estimativa de custo total da água na Reduc ................................................ 131

Tabela 39 Exemplo de cálculo para tratamento do reciclo para 600 m3/h .................. 132

Tabela 40 Estimativa de investimento para reciclo do efluente da Reduc ................... 132

Tabela 41 Custos da vida útil para ultra e osmose do rio Iguaçu ................................ 133

Tabela 42 Estimativa de cobrança pelo Ceivap ........................................................... 135

Tabela 43 Relação investimentos, custos Ceivap e tempo de retorno ......................... 135

11

LISTA DE SIGLAS

ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária ANA Agência Nacional de Águas ANP Agência Nacional de Petróleo API American Petroleum Institute AWWA American Water Works Association BTU British Thermal Unit CEDRL CANMET Energy Diversification Research Laboratory CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente CEDAE Companhia Estadual de Águas e Esgotos do Rio de Janeiro CEIVAP Comitê para Integração da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul DAF Dissolved Air Flotation DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DQO Demanda Química de Oxigênio ENRCCI Engineering News Record Construction Cost Index EPA Environmental Protection Agency ETDI Estação de Tratamento de Despejos Industriais ETE Estação de Tratamento de Esgotos FEEMA Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente GLP Gás Liqüefeito de Petróleo HPA Hidrocarbonetos Poliaromáticos IWC International Water Conference JICA Japan International Cooperation Agency LEA Lagoa de Equalização Aerada LFA Lagoa Facultativa Aerada LMC Lagoa de Mistura Completa MENA Middle East and North Africa MBR Membrane Bioreactor MTBE Metil Terc Butil Éter NASA National Aeronautics and Space Administration NTU Nephlometric Turbity Units NESHAP National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants NPDES National Pollutant Discharge Elimination System OMS Organização Mundial de Saúde PNRH Política Nacional de Recursos Hídricos PNUMA Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente PTFE Politetrafluoretileno

12

RECAP Refinaria de Capuava REDUC Refinaria Duque de Caxias RLAM Refinaria Landulpho Alves REMAN Refinaria de Manaus REPAR Refinaria Presidente Getúlio Vargas REPLAN Refinaria de Paulínea REVAP Refinaria do Vale do Paraíba RFNT Resíduos Não Filtráveis Totais RFT Resíduos Filtráveis Totais RPBC Refinaria Presidente Bernardes/Cubatão SDI Silt Density Index SEMADS Secretaria do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável SERLA Superintendência Estadual de Rios e Lagos SISNAMA Sistema Nacional do Meio Ambiente TCLP Toxic Characteristic Leaching Procedure UNEP United Nations Environmental Programme UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization USEPA U. S. Environmental Protection Agency

13

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 15

1.1 O PROBLEMA .............................................................................................................. 15

1.2 OBJETIVO DO ESTUDO ............................................................................................. 22

1.2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................... 22

1.2.2 Objetivos Complementares ...................................................................................... 22

1.3 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO .................................................................................... 23

1.4 METODOLOGIA .......................................................................................................... 23

1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ............................................................................. 24

2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO UTILIZADAS ..................... 25

2.1 CONSUMO E DESCARTES DE ÁGUA DAS REFINARIAS BRASILEIRAS ......... 25

2.2 TRATAMENTO DE ÁGUA ......................................................................................... 30

2.2.1 Tratamento Convencional ........................................................................................ 31

2.2.2 Tratamento com Membranas .................................................................................. 32

2.2.2.1 Microfiltração .......................................................................................................... 35

2.2.2.2 Ultrafiltração ............................................................................................................ 37

2.2.2.3 Nanofiltração ........................................................................................................... 40

2.2.2.4 Osmose Reversa ....................................................................................................... 40

2.2.2.5 Eletrodiálise ............................................................................................................ 43

2.3 GERAÇÃO E TRATAMENTO DE EFLUENTES EM REFINARIAS ...................... 44

2.3.1 Tratamentos Convencionais ..................................................................................... 46

2.3.2 Tratamento com Membranas .................................................................................. 48

2.4 UTILIZAÇÃO DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE REFINO DE PETRÓLEO .......... 54

2.4.1 Principais Aplicações ................................................................................................ 54

2.4.2 Métodos e Tecnologias para Reúso ......................................................................... 57

2.5 LEGISLAÇÃO APLICÁVEL AO REÚSO ................................................................. 84

3. ESTUDO DE CASO PARA A REDUC ....................................................................... 90

3.1 SISTEMAS E INSTALAÇÕES EXISTENTES ............................................................ 90

3.1.1 Unidades de Processo e a Geração de Efluentes .................................................... 91

3.1.2 Tratamento de Água ................................................................................................. 94

3.1.3 Tratamento de Efluentes .......................................................................................... 94

14

3.2 OPORTUNIDADES PARA REÚSO ............................................................................ 96

3.2.1 Opções para Reúso das Correntes Internas de Processo ...................................... 96

3.2.1.1 Torres de Resfriamento ........................................................................................... 96

3.2.1.2 Despejos dos Processos e Sistemas de Tratamento ................................................. 101

3.2.1.3 Águas Pluviais ......................................................................................................... 102

3.2.1.4 Outras Fontes .......................................................................................................... 102

3.2.1.5 Correntes Hídricas da REDUC................................................................................. 104

3.2.2 Opções de Correntes Externas ................................................................................ 108

3.2.2.1 Baía de Guanabara e Rio Iguaçu .............................................................................. 108

3.2.2.2 Efluente de ETE Municipal ..................................................................................... 120

3.2.3 Viabilidade Técnica e Econômica ............................................................................ 123

3.2.3.1 Estimativa do Custo de Utilização do Rio Iguaçu ................................................... 133

3.2.3.2 Impactos da Cobrança na Reduc Utilizando Critérios do Ceivap ........................... 134

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 137

5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES ................................................................................. 141

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 145

15

1. INTRODUÇÃO 1.1 O PROBLEMA

A sobrevivência de qualquer organismo vivo depende fundamentalmente de água.

Sem água não há vida. O homem, além de sua utilização para atendimento às necessidades

biológicas, tem-se tornado cada vez mais dependente das propriedades da água para satisfazer

outros usos, tais como, transporte, recreação, pesca, produção de energia, suprimento a

indústrias etc. Essa diversidade de usos, entretanto, gera conflitos de interesse entre grupos

organizados na sociedade, assim como com a própria natureza, em função das alterações no

ciclo hidrológico.

Toda água disponível no planeta integra o chamado Ciclo Hidrológico, no qual este

líquido circula na atmosfera, superfície do solo e no subsolo, através dos processos de

precipitação, infiltração, escoamento superficial (runoff), escoamento subterrâneo, evaporação

e evapotranspiração. Esse é o modelo pelo qual são representadas a interdependência e o

movimento contínuo da água nas fases sólida, líquida e gasosa. Através do entendimento

desse ciclo, perpetuou-se ao longo do tempo a “crença” da inesgotabilidade da água.

Até o final da década de 80, acreditava-se que o ciclo hidrológico no planeta era

fechado, ou seja, que a quantidade total de água na Terra não sofria alteração. Descobertas

recentes, entretanto, sugerem que “bolas de neve” de 20 a 40 toneladas, denominadas pelos

cientistas de “pequenos cometas”, provenientes de outras regiões do sistema solar podem

atingir a atmosfera da Terra. As chuvas de “bolas de neve” vaporizam-se quando se

aproximam da atmosfera terrestre e podem ter acrescentado 3 trilhões de toneladas (3 x 106

km3) de água a cada 10.000 anos (FRANK, 1990; PIELOU, 1998 apud TUNDISI, 2003, p. 6).

Dos 1.386.000.000 km3 de água distribuídas no globo terrestre, segundo

SHIKLOMANOV (apud REBOUÇAS, 1999), cerca de 97,5% é de água salgada, e dos 2,5%

restantes, apenas 0,3% corresponde à água doce disponíveis em rios e lagos; ou seja, estima-

se um volume de 104.000 km3 de água doce superficial disponível.

No livro Last Oasis, de Sandra Postel (apud MANCUSO, 2002), é citado que uma

pequena fração da água do planeta está sempre se transformando em água doce através de um

contínuo processo de evaporação e precipitação. Aproximadamente 40.000 km3 de água são

transferidos dos oceanos para o continente, a cada ano, renovando o suprimento de água doce

mundial, quantidade muitas vezes superior à necessária para a população atual do planeta.

16

Com relação à sua distribuição, a literatura tem inúmeras citações de que, em razão

das peculiaridades climáticas, as águas doces não estão distribuídas igualmente no planeta.

Na avaliação do Banco Mundial, a disponibilidade mínima de água para

descaracterizar uma situação de estresse é de 2.000 m3/habitante/ano (REBOUÇAS, 1999, p.

31). Se considerarmos a população mundial atual de 6,2 bilhões de habitantes e que cada

indivíduo necessita, em média, de 250 l/dia de água para satisfazer suas necessidades básicas,

essa população levaria cerca de 180 anos para consumir o volume de água doce superficial

disponível.

O problema surge da distribuição desigual da precipitação e do mau uso que se faz da

água captada, e claro, do aumento da população mundial.

As atividades humanas tais como construções de reservatórios para estocagem de

água, transposição de bacias hidrográficas, utilização desordenada de águas subterrâneas,

desvios de cursos d’água para atendimento à agricultura e outros, interferem diretamente no

ciclo hidrológico, resultando na alteração do padrão espacial de vazão natural. Segundo dados

publicados por especialistas (REBOUÇAS, 1999; TUNDISI, 2003), a drenagem anual per

capita do Brasil em 1983 era de 43.200 m3 com perspectiva de redução da ordem de até 30%

em 2000. Essa projeção, entretanto, não é confirmada por dados atualizados pela UNESCO –

United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, que indicam 48.314 m3 em

2003.

Essa diversidade de utilização, fruto do desenvolvimento econômico e social das

nações, produziu inúmeras alterações sobre o ciclo hidrológico, bem como nas reservas de

águas superficiais e subterrâneas. Houve ao longo do tempo, especialmente a partir de meados

do século XX, uma expansão do desenvolvimento agrário mundial, intensificando o uso da

água para esse fim. A tabela 1 apresenta os diferentes usos da água por continente: Tabela 1 - Usos múltiplos da água por continente (km3) (1995)

Região Irrigação Indústria Doméstico/municipal

África 127,7 7,3 10,2 Ásia 1.388,8 147,0 98,0 Austrália-Oceania 5,7 0,3 10,7 Europa 141,1 250,4 63,7 América do Norte e Central 248,1 235,5 54,8 América do Sul 62,7 24,4 19,1 Total mundial 2.024,1 684,9 256,5 Percentagem do total mundial 68,3 23,1 8,6 Fonte: RAVEN et al. (1998 apud TUNDISI, 2003).

17

Na avaliação de 2002, através de relatório da United Nations Environmental

Programme (2002), o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) traça

um quadro preocupante para os problemas mundiais de água e a degradação dos recursos

hídricos no planeta destacando-se que:

− 80 países, representando 40% da população mundial, têm sérias dificuldades para

manter a disponibilidade de água;

− cerca de 1/3 da população mundial vive em países onde a falta de água vai de

moderada a altamente impactante e o consumo representa mais de 10% dos

recursos renováveis da água;

− mais de 1 bilhão de pessoas (cerca de 16% da população mundial) têm problemas

de acesso a água potável e 2,4 bilhões (39%) não têm acesso a saneamento básico;

− estima-se que entre 10.000 e 20.000 crianças morrem todo dia vítimas de doenças

de veiculação hídrica;

− em algumas regiões da China e da Índia, o lençol freático afunda de 2 a 3 metros

anualmente e 80% dos rios são muito tóxicos para suportar peixes;

− mais de 20% de todas as espécies de água doce estão ameaçadas ou em perigo em

razão da construção de barragens, diminuição do volume de água e danos causados

por poluição e contaminação;

− cerca de 37% da população mundial vive próximo à costa, onde o esgoto

doméstico é a maior fonte de contaminação;

− eutrofização marinha e costeira causada pelo impacto do nitrogênio presente nos

esgotos é uma das principais fontes de poluição, contaminação e degradação de

recursos costeiros e marinhos;

− 120 milhões de m3 de água estão contaminados e para 2050 espera-se uma

contaminação de 180 milhões de m3 caso persista a poluição.

O Brasil, conforme a UNESCO, é o 25ọ país com maior volume de água por habitante.

A disponibilidade hídrica é alta, porém distribuída de forma desigual em relação à densidade

populacional. A produção total de águas no Brasil representa 53% do continente sul

americano (334.000 m3/s) e 12% do total mundial (1.488.000 m3/s) (REBOUÇAS, 1999).

Segundo a Agência Nacional de Águas (2002), o Brasil possui cerca de 8% das

reservas mundiais de água doce, situação essa considerada privilegiada em termos de

quantidade per capita. Entretanto, também como no restante do planeta, a distribuição não é

18

uniforme. Além disso, o aumento populacional, principalmente em regiões de maior carência,

e a degradação ambiental decorrente do mau uso e políticas predatórias e de resultados

imediatistas que não priorizam a conscientização, têm dificultado sobremaneira o acesso à

água de qualidade para consumo humano.

A Região Amazônica foi “contemplada” pela natureza com 73% das águas doces

brasileiras enquanto que os 27% restantes estão concentrados nas regiões de maior índice

demográfico.

A disponibilidade de água doce no Brasil tem-se reduzido ao longo do tempo, pelo

aumento da população, por seus usos múltiplos e pela perda de mecanismos de retenção

através da remoção de áreas alagadas, desmatamento e a eutrofização de lagos e represas.

Sintetizando a situação dos recursos hídricos no Brasil, verifica-se que a região com

maior abundância e disponibilidade de recursos hídricos é a região Norte, principalmente

levando-se em conta a baixa densidade populacional. Entretanto, as condições sanitárias

(drenagem de esgotos e tratamento de água) são precárias, agravando o problema da saúde

humana, com incidência sobre a mortalidade infantil. Na região Sudeste, o problema é outro:

há água suficiente, mas o crescimento da urbanização, a ampliação do parque industrial e a

intensificação das atividades agrícolas, além do crescimento populacional e da diversificação

dos usos múltiplos, aumentaram os custos do tratamento, tornando a água tratada um bem

cada vez mais caro, o que representa um empecilho ao crescimento econômico e ao

desenvolvimento.

Na região Sul, o problema também está relacionado com a diminuição da água per

capita, o aumento das atividades agrícolas e industriais, o aumento dos custos do tratamento e

a diversificação dos usos múltiplos: irrigação, uso industrial, piscicultura, navegação e

recreação. No Nordeste, o problema é a escassez, a contaminação por doenças tropicais de

veiculação hídrica e a falta de saneamento básico. A região Centro-Oeste tem uma área de alta

biodiversidade, única no mundo em dimensão contínua (aproximadamente 200.000 km2),

entretanto, altamente ameaçada por atividades predatórias sob o ponto de vista ambiental

(HESPANHOL, 1999).

Podemos concluir, portanto, que o aumento populacional e a poluição dela decorrente,

são os principais fatores de perda da qualidade dos recursos hídricos nacionais.

Para Tundisi, também estudioso do assunto, um dos principais desafios para o Brasil

no século XXI será garantir o suprimento adequado de água para as regiões metropolitanas e

urbanas (20% da população brasileira não recebem água tratada, recorrendo a outras fontes

para seu suprimento). Em muitas cidades de pequeno porte (< 20.000 habitantes) e de médio

19

porte (entre 100.000 e 200.000 habitantes), o suprimento de água é adequado, mas o aumento

no custo de tratamento de água e esgotos exigirá grandes investimentos (TUNDISI, 2000).

A poluição hídrica é apontada como um dos principais fatores que têm dificultado o

acesso à água de boa qualidade. Todos os esgotos sanitários, industriais e agrícolas afetam, de

algum modo, a vida normal de um rio ou lago. Quando a influência é suficiente para tornar a

água inaceitável para o seu melhor uso, diz-se que a mesma está poluída (HAMMER, 1979).

Os padrões para as águas superficiais definem a qualidade aceitável para cada uso-

benefício, por exemplo, para abastecimento público. Os padrões dos efluentes de esgotos

regulamentam as descargas das indústrias e comunidades, para assegurar a sua coerência com

os critérios estabelecidos para as águas superficiais.

Um rio ou córrego, que seja usado para a diluição de esgoto, depende da capacidade

natural de autodepuração para assimilar os despejos e restabelecer sua própria qualidade

original. A capacidade de recuperação, após uma descarga de esgotos, é determinada pelas

características do rio, incluindo suas condições climáticas.

Um dos efeitos mais conhecidos de poluição de corpos hídricos é a eutrofização.

Trata-se do processo pelo qual os lagos tornam-se enriquecidos com nutrientes, resultando

características indesejáveis na qualidade da água, tanto para abastecimento público como para

recreação. O processo de eutrofização é diretamente relacionado com a cadeia alimentar

aquática, cuja produtividade é proporcional à disponibilidade de nitrogênio e fósforo,

geralmente encontrados em pequenas quantidades em águas naturais. A abundância destes

nutrientes desequilibra a sucessão normal da cadeia alimentar aquática provocando um

desenvolvimento explosivo de algas verde-azuladas tornando a água turva. Após

decomposição, essas algas produzem odores desagradáveis, consomem oxigênio dissolvido e

favorecem o assoreamento ao precipitarem. A eutrofização, portanto, é o aumento da

concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos,

que tem, como conseqüência, aumento de suas produtividades (ESTEVES, 1988).

Segundo WATSON, R. et al. (1998), em Protecting our planet securing our future:

linkages among global environmental issues and human needs, as conclusões de uma série de

reuniões realizadas em 1990 de cientistas, administradores e gerentes da UNEP, NASA e

Ministros do Meio Ambiente de diversos países, patrocinadas pelo Banco Mundial, podem ser

resumidas nas seguintes tendências, causas e projeções futuras:

20

a) Tendências atuais:

− A crise de água atingiu muitas regiões do planeta. Um terço da população mundial

habita áreas com estresse de água.

− 1,3 bilhão de pessoas não têm acesso à água potável e 2 bilhões não têm acesso a

saneamento adequado.

− 70% da água captada é utilizada para a irrigação.

− Funções hidrológicas e ecológicas das áreas alagadas vêm sendo reduzidas

paulatinamente.

− A diversidade global dos ecossistemas aquáticos vem sendo reduzida

significativamente.

− A poluição crescente da água aumenta os custos de tratamento.

− Uso inadequado do solo resulta em perdas econômicas para os usos e conservação

dos recursos hídricos

b) Principais causas:

− Crescimento populacional e rápida urbanização.

− Diversificação dos usos múltiplos.

− Gerenciamento não coordenado dos recursos hídricos disponíveis.

− Não reconhecimento de que saúde humana e qualidade de água são interativos.

− Peso excessivo de políticas governamentais nos “serviços de água” (fornecimento

de água e tratamento de esgotos).

− Degradação do solo por pressão da população, aumentando a erosão e a

sedimentação dos rios, lagos e represas.

− A água é tratada exclusivamente como um bem social e não econômico, resultando

em uso ineficiente, em irrigação e em desperdícios após o tratamento (na

distribuição).

− Problemas sociais, econômicos e ambientais referentes aos recursos hídricos são

tratados separadamente e de forma pouco eficiente (L’VOVICH & WHITE, 1990).

21

c) Projeções para o futuro:

− Em 2025, dois terços da população humana estará vivendo em regiões com

estresse de água. Em muitos países em desenvolvimento a pouca disponibilidade

de água afetará o crescimento e a economia local e regional.

− A poluição da água continuará afetando os recursos hídricos continentais e as

águas costeiras.

− Uso inadequado do solo afetará bacias hidrográficas nos continentes, águas

costeiras e estuárias.

O conjunto de ações produzidas pelas atividades humanas ao explorar os recursos

hídricos para expandir o desenvolvimento econômico e fazer frente às demandas industriais e

agrícolas e à expansão e crescimento da população e das áreas urbanas foi se tornando

complexo ao longo da história da humanidade. Duas causas fundamentais, apontadas como

causadoras dos impactos nos ecossistemas aquáticos continentais da superfície e subterrâneos,

são o crescimento mundial da população humana e o grau de urbanização.

A contaminação das águas subterrâneas é outra fonte importantíssima de deterioração

dos recursos hídricos e das reservas disponíveis. Essa contaminação se dá pela percolação de

substâncias tóxicas presentes em resíduos lançados na superfície, acidentes com derrames de

combustíveis, fossas negras, aterros sanitários, dejetos de animais confinados em áreas com

grande concentração de fazendas em que o material permanece no solo e outros. Em regiões

próximas à costa, algumas obras podem resultar no influxo de águas salobras em aqüíferos ou

no lençol freático.

Os ambientes aquáticos localizados em grandes centros urbano-industriais têm sofrido

com as mais variadas formas de alterações antrópicas inviabilizando seu uso direto para o

consumo humano. Conseqüentemente, obter água de boa qualidade, dentro dos padrões

mundiais de potabilidade tem-se tornado cada vez mais dispendioso.

O aumento da retirada de água tem significado para muitos países perdas substanciais

e desequilíbrios no ciclo hidrológico. Quando as retiradas de água para irrigação,

abastecimento público ou uso industrial excedem a quantidade de água reposta pela

precipitação e a recarga, há um desequilíbrio que causa escassez. Isso ocorre tanto em águas

superficiais quanto em águas subterrâneas.

A escassez progressiva da água em âmbito mundial tem incentivado pesquisas

aplicadas do mais alto nível científico e tecnológico para os países da Comunidade

Econômica Européia e, de forma análoga, para os 21 países componentes do Middle East and

22

North África (MENA), a região de maior escassez de água do planeta. Observamos, porém,

que tais iniciativas partem principalmente de organismos públicos que priorizam (e não

poderia ser diferente) tecnologias para atendimento e garantia do suprimento dos usos básicos

tais como, abastecimento humano, irrigação e conservação para produção de alimentos

(pesca). Um dos exemplos mais objetivos é conhecido como Projeto Poseidon, desenvolvido

pela Comunidade Econômica Européia que visa aumentar o reúso indireto da água potável

pela eliminação de resíduos dos produtos farmacêuticos e de higiene pessoal, que passam

através dos processos usuais de tratamento dos esgotos e contaminam a água de

abastecimento dos aqüíferos superficiais e profundos.

1.2 OBJETIVO DO ESTUDO 1.2.1 Objetivo Geral

O objetivo desta dissertação é avaliar a gestão dos recursos hídricos em refinarias de

petróleo brasileiras, sob o ponto de vista da utilização racional de mananciais disponíveis e do

reúso de correntes hídricas, que possibilitem a minimização do uso de recursos naturais e

geração de efluentes.

1.2.2 Objetivos Complementares

São ainda objetivos deste trabalho:

− Fazer uma revisão das principais tecnologias existentes aplicadas ao tratamento de

águas e efluentes que podem compor um sistema de recuperação desses recursos.

− Mostrar a profissionais e estudantes (futuros tomadores de decisão), a necessidade

de integrar à prática nacional o conceito e a necessidade do reúso dos recursos

hídricos como fator de sustentabilidade.

− Incentivar profissionais da indústria brasileira a buscar soluções para problemas de

escassez de recursos hídricos através da viabilização de tecnologias consolidadas a

nível mundial e pouco conhecidas no cenário nacional.

− Contribuir com as pesquisas que objetivam o uso racional dos recursos

disponíveis em bacias hidrográficas.

23

1.3 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO

O estudo está baseado no levantamento das principais tecnologias de tratamento de

recursos hídricos aplicadas atualmente em refinarias de petróleo brasileiras.

A avaliação da aplicabilidade é limitada a um estudo de caso hipotético na refinaria de

atuação do autor, referenciando dados reais da instalação computados no período de janeiro

de 2001 a dezembro de 2002.

O estudo não visa enumerar e analisar criticamente todos os possíveis arranjos de

processos que possibilitam reutilização de água nas refinarias, nem descrever tecnicamente os

sistemas e tratamentos existentes, e sim, ilustrar através de exemplo com dados reais a

necessidade de análise mais ampla das questões técnicas, econômicas, legais e sócio-

ambientais para tomada de decisão de projetos dessa natureza.

1.4 METODOLOGIA

O estudo foi desenvolvido através do levantamento baseado em pesquisa bibliográfica,

consulta a empresas fornecedoras de tecnologia na área de tratamento de água, de efluentes

industriais e domésticos, publicações de relatórios de órgãos estaduais e na experiência

profissional de vinte e cinco anos do autor, atuando na área de otimização de processos de

tratamento de água e efluentes em indústrias química, farmacêutica e de petróleo.

A proposta de trabalho, em função da natureza das questões contextualizadas, pode ser

classificada como aplicada na medida em que objetiva apresentar conhecimentos de aplicação

prática específicos na atividade industrial. Caracteriza-se, também, como uma pesquisa

exploratória uma vez que não visa verificar teorias e sim a buscar alternativas para solução de

problemas ainda pouco discutidos no cenário nacional, em nível empresarial.

Para as informações sobre as tecnologias de tratamento de água e efluentes, empregou-

se a bibliografia disponível complementada com relatórios gerados de aplicações práticas da

Petrobras e publicações de empresas prestadoras de serviços e fornecedoras de tecnologia. A

legislação e normas relacionadas à análise do trabalho, foram as publicadas pelo Sistema

Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos e pelo Sistema Nacional de Meio

Ambiente. Legislações aplicadas em sistemas internacionais foram consultadas em papers

apresentados em congressos internacionais e Internet.

24

1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

A contextualização para motivação da proposta do trabalho e a organização dos

tópicos considerados importantes para o seu desenvolvimento são apresentadas no capítulo 1.

No capítulo 2, faz-se uma apresentação das principais tecnologias utilizadas em

tratamentos de água para consumo e águas residuárias objetivando o reúso. São feitas

abordagens panorâmicas dos métodos de tratamentos considerados convencionais e

tecnologias mais modernas baseadas em membranas filtrantes, bem como tecnologia

computacional baseada em integração mássica conhecida como Pinch Technology. A

legislação aplicável também é abordada nesse capítulo.

No capítulo 3, é feita a descrição dos sistemas existentes nas principais refinarias

brasileiras e um levantamento de campo em uma refinaria específica (Refinaria Duque de

Caxias – Reduc) para avaliação de oportunidades de melhorias, como exemplo, que possam

ser implementadas. Para avaliação dos aspectos e impactos, é feita uma análise

custo/beneficio do reúso de algumas correntes utilizadas no exemplo.

No capítulo 4, são discutidos os resultados do estudo de caso.

O capítulo 5 trata da conclusão e sugestões desta dissertação e as referências

bibliográficas, no capítulo 6, encerram o trabalho.

25

2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO UTILIZADAS 2.1 CONSUMO E DESCARTES DE ÁGUA DAS REFINARIAS BRASILEIRAS

O parque de refino nacional está, no momento, sendo ampliado significativamente por

conta das recentes descobertas de petróleo no Brasil, por adequação da matriz energética, pela

modernização dos processos para garantir competitividade no mercado globalizado e

atendimento a requisitos ambientais.

Até o ano de 2007, estão previstas ampliações nas refinarias de norte a sul, elevando a

capacidade de refino nacional em mais de 200 mil barris/dia até o final da década

(PETROBRAS, 2003).

A viabilização desses novos empreendimentos tem, como fator de grande importância,

a necessidade, no mínimo, da manutenção dos atuais níveis de alocação dos recursos hídricos

em algumas unidades operacionais, e em outras, buscar junto à autoridade competente

alternativas que possibilitem o aumento gradativo da outorga concedida.

Essa necessidade, entretanto, choca-se frontalmente, em nível macro, com o cenário de

escassez de água de qualidade em algumas regiões do país e a aparente abundância em outras.

A Refinaria Isaac Sabbá (REMAN), por exemplo, localizada em Manaus na região

norte do país tem no rio Negro, afluente do Amazonas, uma potencial fonte de água. Embora

utilizando água de poço, não apresenta qualquer preocupação em termos de quantidade desse

recurso para muitos anos.

Já a Refinaria de Paulínia (Replan), instalada no município de Paulínia, São Paulo,

enfrenta dificuldades para aumento do seu parque industrial em função da escassez de água na

região, tendo sido inclusive, motivo de preocupação de seus técnicos uma possível redução da

sua quota de outorga. Outra refinaria com sérios problemas de água é a Refinaria de Capuava

(Recap), instalada no município de Mauá/SP e usuária da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê. O

rio Tamanduateí, tributário dessa Bacia, e do qual a refinaria capta parte da água utilizada,

apresenta alto grau de poluição, situando-se na região metropolitana de São Paulo; ou seja,

essa bacia está inserida em uma das áreas de maior adensamento urbano do mundo.

Também na Refinaria Henrique Laje (Revap), localizada na Bacia do rio Paraíba do

Sul, foi sinalizada em acordo de compromisso com Órgão Ambiental local, a dificuldade de

se aumentar a capacidade de captação da atual fonte de água para as ampliações futuras.

Por outro lado, a Reduc, também usuária (indireta) da Bacia do Paraíba através do rio

Guandu, está substituindo a captação de água do mar por água doce para atendimento ao

26

sistema de refrigeração de suas unidades de processo. O que pode parecer a princípio um

contra-senso é justificado pelo fechamento do circuito aberto, eliminando os riscos de

contaminação por hidrocarbonetos da Baía de Guanabara. A Reduc apresenta ainda a

peculiaridade de estar sob influência de 3 bacias: capta água nas bacias de Sepetiba (rio

Guandu, transposto da bacia do Paraíba) e Guanabara (barragem de Saracuruna), sendo que

seu descarte é feito no rio Iguaçu, o que deixa clara a necessidade de uma gestão que integre

os recursos naturais aduzidos e o controle ambiental na região de influência da atividade.

Todo esse cenário leva-nos a acreditar que a adoção de Política de Gestão de Recursos

Hídricos integrada, que contemple a utilização racional da água é fundamental para consolidar

sustentabilidade da atividade em níveis nacional e internacional. Esforços pela reutilização

máxima das correntes hídricas internas para minimização da geração de efluentes devem ser

incentivados no meio industrial.

Em uma visão geral da questão hídrica no refino de petróleo, pode-se observar, na

tabela 2, que as refinarias da Petrobras estão distribuídas pelo território nacional em regiões

com aparente abundância de recursos hídricos e regiões com comprovada escassez desse

recurso. Tabela 2 - Localização das refinarias por bacia hidrográfica e seus consumos

Unidade instalada

Bacia de captação Capacidade instalada (bbl/dia)*

Consumo de água (m3/dia)

REMAN Negro – AM 46.000 5.330 RLAM São Francisco – BA 307.000 28.800 REGAP Paraopeba – MG 151.000 21.870 REDUC Guandu – RJ 242.000 35.800 REVAP Paraíba do Sul – SP 226.000 22.800 REPLAN Piracicaba – SP 352.000 38.400 RPBC Baixada Santista – SP 170.000 31.200 RECAP Alto Tietê – SP 53.000 6.100 REPAR Paraná – PR 196.000 14.880 REFAP Sinos – RS 189.000 15.035

Fonte: O autor com base em Cadernos Petrobras (PETROBRAS, 2003) e relatórios internos não divulgados

Diversos fatores são avaliados para a escolha da localização de uma refinaria de

petróleo. Critérios políticos e critérios técnicos determinaram a instalação das atuais refinarias

da Petrobras. Nesse caso, por tratar-se de uma empresa estatal, o critério político

provavelmente teve até maior influência na escolha.

27

Dos critérios técnicos, contavam basicamente, as condições de transporte de petróleo,

escoamento de derivados, disponibilidade de energia elétrica, água em quantidade e

qualidade, inclusive para diluição e transporte do efluente tratado, áreas adequadas em

extensão e mercado.

A construção da Refinaria Landulpho Alves (RLAM) foi iniciada em 1949 e entrou

em operação em 17/09/50, anterior à própria criação da Petrobras, com o nome de Refinaria

Nacional de Petróleo e conhecida como Refinaria de Mataripe. Entrou em operação

processando diariamente 2.500 barris (400m3) de óleo proveniente dos campos do Recôncavo.

Hoje tem uma capacidade de processamento de 48.500 m3/d (306.000 bpd).

A posição geográfica da RLAM oferece grandes vantagens: além da proximidade dos

campos produtores de petróleo da Bahia, está a apenas 10 km do Terminal Alves Câmara

(Temadre), que escoa sua produção e a abastece de matéria-prima. O consumo de água é da

ordem de 1100 m3/h. A água doce que abastece a refinaria é bombeada do rio Catu, distante

50 km, através de uma adutora com capacidade de bombeamento de 26000 m3/d. Outra fonte

de suprimento é a represa São Paulo, a 5 km da RLAM, com capacidade para 28000 m3/d. A

refinaria também conta com 6 bombas de água do mar para refrigeração de equipamentos.

Seus efluentes são tratados através do processo de lodos ativados a uma vazão média de 780

m3/h e descartados na baía de Todos os SANTOS.

A primeira refinaria construída após a instituição do monopólio estatal através da Lei

2004, foi a Refinaria Presidente Bernardes-Cubatão (RPBC) que teve sua história iniciada em

1948, quando o governo federal autorizou a abertura de créditos para construir uma refinaria

com capacidade para processar 45 mil barris por dia. Vários municípios foram cogitados para

sediar o empreendimento, entre eles o Rio de Janeiro – na época, DF – mas a hipótese causou

grande agitação no meio político e acabou sendo descartada. As disputas terminaram com a

escolha de Cubatão, município de mais de 3 séculos e emancipado de SANTOS em 1949. As

razões principais foram a proximidade da Grande São Paulo e do porto de SANTOS, assim

como, infra-estrutura para captação de água, no rio das Pedras, e de energia, na usina da

Light. Atualmente, a RPBC tem capacidade para processar até 170.000 bbl/dia de petróleo,

consome cerca de 1.300 m3/h de água e descarta 900 m3/h de efluente hídrico (tempo seco)

no rio Cubatão.

Na escolha da localização da REPLAN, além de contar com toda infra-estrutura de

condições de transporte, disponibilidade de água e energia, o município de Paulínia,

localizado a 114 km de São Paulo, acenava com a possibilidade de interiorização de indústrias

consumidoras de derivados de petróleo. Outra vantagem é o fato de situar-se em área de

28

aproximadamente 9 milhões de m2, isolada do convívio urbano. Os vizinhos mais próximos

são os rios Jaguari e Atibaia, limitando os dois flancos da refinaria, e uma faixa de estrada

Paulínia-Carmópolis com 1321 metros. Considerada a refinaria mais rentável do sistema, a

Replan capta uma vazão de água de aproximadamente 1600 m3/h no rio Jaguari e lança cerca

de 500 m3/h de efluentes no rio Atibaia.

Em tempos mais modernos, podemos dizer que existem duas teorias sobre a instalação

de uma nova refinaria: a da localização nas proximidades da jazida produtora de petróleo e a

da localização próxima à região onde o consumo de derivados é mais acentuado. Esta última

teoria tem prevalecido face à maior facilidade e ao menor custo de logística de abastecimento

de petróleo e distribuição de derivados.

A instalação da Refinaria Presidente Getúlio Vargas (REPAR) foi determinada,

basicamente, pela necessidade de atender à crescente demanda de derivados básicos de

petróleo na região geoeconômica dos estados do Paraná e Santa Catarina. No estudo de micro-

localização a escolha foi determinada por vários fatores, merecendo destaque a existência de

uma infra-estrutura que pudesse suportar a instalação de obra desse porte, com

disponibilidade de mão de obra, energia elétrica e água.

A REPAR está situada no município de Araucária, no km 16 da Rodovia do Xisto

(BR-476) banhada pelos rios Barigui, Iguaçu e Verde. Sua capacidade atual de refino é de 31

milhões de litros diários de petróleo, equivalentes a 196 mil barris por dia, representando

11,5% da produção nacional, transformados nos produtos – óleo diesel (40%), gasolina

(22%), gás de cozinha – GPL (10%), óleos combustíveis (10%), nafta petroquímica (7%),

asfaltos (2%) e outros com menor percentual como querosene de aviação, matéria-prima para

fertilizantes, asfalto e gás de refinaria. Aproximadamente 75% de sua produção destina-se ao

abastecimento do Paraná, Santa Catarina, sul de São Paulo e Mato Grosso do Sul. O restante é

destinado a outras regiões do país ou é exportado.

A instalação dessa refinaria em 1977 no Paraná, até então um estado

predominantemente agrícola propiciou na região de Curitiba e Araucária a criação de parques

industriais que resultaram em atratividade para instalação de novas empresas industriais e de

serviços, notadamente para a região metropolitana da capital. Seu consumo médio atual de

água é de 620 m3/h e o lançamento de efluentes é da ordem de 350 m3/h no rio Iguaçu.

Outra refinaria de extrema importância na avaliação de recursos hídricos, não apenas

pela sua complexidade no que se refere aos processos produtivos, mas, sobretudo pela sua

localização e consumo, é a Refinaria Duque de Caxias no Rio de Janeiro. Situada na Bacia da

Baia de Guanabara onde despeja seus efluentes através do rio Iguaçu, a REDUC tem também

29

influência na Bacia do Paraíba do Sul uma vez que capta água no rio Guandu (transposição

para Bacia de Sepetiba). Tratando-se da refinaria de atuação do autor, suas características são

detalhadas mais adiante do trabalho constituindo-se no estudo de caso escolhido para esta da

dissertação.

Em termos nacionais, as refinarias da Petrobras tiveram um consumo médio de 6,6

bilhões de litros d’água por mês durante os anos de 2001 e 2002. O volume de petróleo

processado no período foi de 8,3 x 106 m3/mês em 2001 e de 8,1 x 106 m3/mês em 2002, ou

seja, 0,79 e 0,82 m3 de água por cada m3 de petróleo processado, respectivamente. Esse

índice, m3 de água por m3 de óleo processado, denominado ICA (índice de consumo de água)

é utilizado como parâmetro de avaliação de gestão.

Todo esse volume de água é praticamente originário de reservatórios superficiais

(pequena parte da captação de algumas unidades como Recap, Lubnor, Fafen e Reman são

provenientes de poços artesianos) e, para atingir condições de uso nos processos produtivos,

fazem-se necessários tratamentos específicos.

Quanto à geração de efluentes hídricos, quatro tipos são gerados numa refinaria: água

de chuva, água de resfriamento, água de processo e esgotos sanitários.

A água de chuva é intermitente e pode conter contaminantes de derramamentos para o

solo, vazamentos de equipamentos e qualquer material coletado no sistema de drenagem. A

água de chuva inclui ainda água proveniente de drenagem da área de tanques de estocagem.

Grande parte da água usada numa refinaria de petróleo é para resfriamento que não

entra em contato com correntes de óleo do processo e, portanto contém menos contaminantes

que o efluente de processo.

A água usada nas operações do processo representa uma porção significativa dos

efluentes totais. Como a água de processo entra em contato direto com o óleo, é de uma forma

geral altamente contaminada e os principais contaminantes que podem ser encontrados no

efluente de uma refinaria são: pH, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, carbono orgânico

total, nitrogênio total, fósforo total, DBO, DQO, H2S, NH3, óleo, compostos aromáticos

(BTEX), fenol, sal, mercaptans, cianetos, fluoreto, MTBE, HPA’s, metais pesados,

temperatura, condutividade e toxicidade.

30

2.2 TRATAMENTO DE ÁGUA

Em se tratando de abastecimento público, o objetivo do tratamento d’água é torná-la

potável para o consumo humano; ou seja, para uso doméstico a água deve ser livre de

contaminantes que possam causar danos a saúde, esteticamente aceitável, sem turbidez

aparente, odor ou gosto. Os padrões de qualidade exigidos, nesse caso, são determinados por

legislação específica local, que no caso do Brasil são estabelecidos pelos parâmetros listados

na Portaria no 518 do Ministério da Saúde, de 25/04/2004.

Os padrões de qualidade para uso industrial podem obedecer a critérios ainda mais

rígidos dependendo da sua finalidade. Por exemplo, água utilizada em caldeiras de alta

pressão exige alto controle de elementos minerais, tais como sílica, por exemplo, o que acaba

exigindo tratamento adicional àquele empregado para torná-la potável. Esse parâmetro, sílica,

para água potável não é considerado na Portaria no 518/2004.

A principal utilização, em termos de quantidade, da água em uma refinaria é para

refrigeração. Trocas térmicas cujo fluido de refrigeração é a água, é o mais utilizado no refino

de petróleo no Brasil. Observamos uma baixa utilização de air-coolers que utilizam o ar para

essa finalidade. Quantidades menores de água são empregadas para produção de vapor, uso

diretamente no processo, proteção contra incêndio, uso doméstico e outros fins.

BRAILE (1979) observa que uma refinaria típica com capacidade para 50.000 bbl/dia

produz até 1 bilhão de BTU por hora sendo que a metade dessa energia térmica é removida

pela água. Supondo um aumento de temperatura de 15oC nas águas do resfriamento, são

necessários 2500 l/s de água para remover esta quantidade de energia.

A REDUC, cuja capacidade de refino atual é de 242.000 bbl/dia, e que é considerada a

refinaria mais complexa do sistema Petrobras – juntamente com a refinaria de Mataripe tem

produção de lubrificantes – consome em média, 1.500 m3/h para uma produção de 195.000

bbl/dia e consumo energético da ordem de 4,5 bilhões de BTU por hora.

Na produção de água com qualidade para suporte de seu processo produtivo, as

refinarias brasileiras têm utilizado desde suas implantações, sistemas de tratamento dito

convencional, variando em alguns detalhes a depender da qualidade da fonte de captação.

31

2.2.1 Tratamento Convencional

Uma estação de tratamento de água dita convencional, é aquela que apresenta as

etapas de coagulação, floculação, sedimentação, filtração, desinfecção e correção de pH.

Qualquer que seja o método empregado para a purificação da água, usa-se basicamente

essa seqüência, precedida em alguns casos de uma neutralização para minimizar a repulsão

entre partículas com cargas elétricas de mesmo sinal, que dificulta a formação de flocos. Após

essa neutralização, a adição de produtos químicos como o sulfato de alumínio, por exemplo,

promove a coagulação que em última análise é a agregação das partículas suspensas.

A mistura do coagulante com o líquido provoca a hidrolisação, polimerização e a

reação com a alcalinidade, formando hidróxidos denominados gel, produzindo na solução íons

positivos. Estes íons desestabilizam as cargas negativas dos colóides e sólidos em suspensão,

reduzindo o potencial zeta a ponto próximo de zero, denominado ponto isoelétrico,

permitindo a aglomeração das partículas e, conseqüentemente, a formação de flocos (NUNES,

2001).

Para a formação de flocos com tamanho e densidade que facilitem a separação do

meio líquido, são normalmente utilizados produtos químicos (polímeros catiônicos ou

aniônicos) formando pontes entre as partículas coaguladas, que então adquirem condições

suficientes para sedimentar por gravidade. A etapa final das operações unitárias de separação

física é a filtração que consiste na passagem da água decantada por sistemas porosos que

conseguem reter o material insolúvel. Operações coadjuvantes com produtos químicos

normalmente compõem essas operações unitárias, tais como a pré-cloração para auxiliar na

eficiência da coagulação e realizar controle de algas e microorganismos. Para destruição de

organismos patogênicos, realiza-se uma desinfecção normalmente com cloro no final do

processo e, para que a água não se torne excessivamente ácida que provoque corrosão na

tubulação nem alcalina facilitando incrustações, corrige-se o pH com produto à base de

carbonato.

Na utilização industrial, além dessas etapas, poderão ser exigidas outras com

finalidades específicas. Assim, por exemplo, para produção de vapor em caldeiras os sistemas

de tratamento nas refinarias são complementados com uma etapa de desmineralização.

De uma forma geral, as etapas de tratamento em refinarias de petróleo são as indicadas

no fluxograma exemplificado na figura 1.

32

Figura 1 - Fluxograma simplificado de sistema de tratamento de água para refinarias brasileiras Fonte: O próprio autor. 2.2.2 Tratamento com Membranas

Dos processos de tratamento atualmente contemplados para implementação, tanto para

novos projetos de unidades quanto aperfeiçoamento de existentes, a utilização de membranas

filtrantes tem sido considerada cada vez mais no segmento de petróleo, na indústria como um

todo e também no setor público.

SCHNEIDER (2001) considera que as membranas filtrantes são a principal inovação

tecnológica para tratamento de água e esgotos desde o desenvolvimento dos processos

convencionais utilizados secularmente.

Tanque de armazenamento de água bruta

Clarificação

Captação Rio, Poço

Água bruta para: - Combate a incêndio - Lavagem de pisos - Jardinagem

Filtração

Diversos

Desmineralização Desinfecção

Reposição Sistema de

água de resfriamento

Água de Processo Água p/geração de vapor

Potável Área administrativa Laboratórios

33

Com preocupações envolvendo a saúde humana e o desenvolvimento de membranas

com custos mais baixos, a aplicação das tecnologias de membranas no campo da engenharia

ambiental tem crescido muito nos últimos 5 anos. A utilização ainda maior dessa tecnologia é

esperada para o futuro próximo transformando a tecnologia convencional de filtração em

coisa do passado em 10 a 15 anos (METCALF & EDDY, 2003).

O uso dessas membranas semipermeáveis é relativamente recente no campo da

purificação de água. A observação de tecidos de vegetais e animais inspirou a engenharia de

sua fabricação (MANCUSO, 2003, p. 319).

MANCUSO (idem) faz uma analogia dos processos de separação através de

membranas com os processos naturais que ocorrem nas raízes vegetais e nos intestinos dos

animais para a transferência de nutrientes e remoção de material indesejável.

Quando uma membrana semipermeável é usada para a separação de soluções em água,

esse solvente passa através de seus poros em decorrência de uma força motriz, que comanda o

processo, separando parte de suas impurezas originais na forma de um concentrado. O fluxo

do líquido depende da porosidade da membrana (quantidade de poros por unidade de área),

tamanho médio dos poros (diâmetro médio dos orifícios), da pressão aplicada, da viscosidade

da água, da espessura do elemento filtrante e do fator de tortuosidade (geometria) do poro. A

expressão seguinte, inter-relaciona esses parâmetros que determinam teoricamente a

eficiência do processo de separação:

J = f rp2 Pf / 8μ θ δm

Onde:

J: fluxo; f: porosidade da membrana; rp: raio médio; Pf: pressão de filtração;

μ:viscosidade absoluta da água; θ: fator de tortuosidade do poro; δm: espessura.

Existem quatro grupos básicos na tecnologia de membranas para a separação de

contaminantes solúveis e insolúveis das águas, quais sejam: microfiltração, ultrafiltração,

nanofiltração e osmose reversa. A retenção física do material particulado é o principal

mecanismo de separação em membranas de microfiltração e ultrafiltração, enquanto que,

processos de exclusão química e/ou difusão preferencial predominam em membranas de

nanofiltração e osmose reversa (SCHNEIDER, 2001).

As características físico-químicos do líquido e grau de purificação desejado

determinam a adequada escolha do tipo de tecnologia de membrana a ser utilizada para

determinada aplicação específica.

34

Além dessas tecnologias que utilizam como força motriz a pressão, outras operações

com membranas são utilizadas para separação de líquidos e gases conforme classificação

mostrada no quadro 1.

Fase Operação da membrana

Força Motriz Mecanismo de separação Estrutura da membrana 1(4) 2 (5)

Microfiltração Pressão Peneiramento Macroporos(1) L(6) L Ultrafiltração Pressão Peneiramento Mesoporos(2) L L Nanofiltração Pressão Peneiramento +

(solução/difusão + exclusão)Microporos(3) L L

Osmose reversa Pressão Solução/difusão + exclusão Não porosa L L Pervaporação Pressão parcial Solução – difusão Não porosa L G(7) Stripping Pressão parcial Evaporação Macroporo

(membrana gasosa) L G

Destilação Temperatura Evaporação Macroporo (membrana gasosa)

L L

Diálise Concentração Difusão Difusão L L Eletrodiálise Potencial elétrico Troca iônica Troca iônica L L (1) diâmetros superiores a 50 nm; (2) diâmetros entre 2 e 50 nm; (3) diâmetros inferiores a 2 nm: (4) fase 1 refere-se a alimentação; (5) fase 2 refere-se ao permeado: (6) líquido; (7) gás Quadro 1 - Características operacionais das membranas Fonte: MANCUSO (2003).

Com relação à aplicabilidade e de acordo com o tamanho de partículas, os processos

com membranas obedecem à seguinte escala, adaptada pelo autor de ilustração cedida pela

Koch Membrane Systems Inc. durante teste-piloto na Reduc.

Figura 2 - Escala de porosidade e aplicabilidade de membranas filtrantes Fonte: O próprio autor.

MEMBRANAS DE FILTRAÇÃO TANGENCIAL

0,0001 0,001 μm 0,01 0,1 μm 1 μm 10

Sais monovalentes

Sais divalentes Açucares

Vírus Colóides Silicatos Proteínas Microorganismos Turbidez

Sólidos suspensos

Osmose Reversa Nanofiltração Ultrafiltração Microfiltração

35

Com relação às faixas operacionais de pressão, vazão, consumo de energia e

eficiência, a tabela 3 apresenta valores típicos em aplicações de tratamento de água. Tabela 3 - Características típicas de tecnologias de membranas Tecnologia da

membrana Pressão

operacional (kPa)

Taxa de fluxo

(L/m2.d)

Material da membrana

Consumo de energia

(kWh/m3)

Eficiência de recuperação

(%) Microfiltração 7 – 100 405 – 1600 Polipropileno,

Acrilonitrila, Nylon, PTFE

0,4 94 – 98

Ultrafiltração 70 – 700 405 – 815 Acetato de celulose,

Poliamidas aromáticas

3,0 70 – 80

Nanofiltração 500 – 1000 200 – 815 Acetato de celulose,


5,3 80 – 85

Osmose Reversa

850 – 7000 329 – 490 Acetato de celulose,


18,2 70 – 85

Fonte: O próprio autor, adaptada das tabelas 11-22 e 11-23 de METCALF & EDDY, 2003.

Em resumo, podemos considerar que a utilização de membranas semipermeáveis na

indústria trata-se de uma evolução da operação de clarificação/filtração convencional, em que

substituímos os elementos filtrantes de areia, antracito e outros elementos minerais, por

elementos sintéticos para atender condições mais exigentes. O tipo de membrana utilizada, o

método de aplicação da força motriz e as características da água determinam o tipo de

impureza a ser removida e a eficiência de remoção.

2.2.2.1 Microfiltração

A microfiltração tem como mecanismo de separação o peneiramento e é utilizada para

tratamento de fluidos líquidos. A estrutura das membranas é classificada como macroporosa e

o material de fabricação são polímeros sintéticos de uma forma geral. São as mais numerosas

e baratas do mercado e normalmente feitas de polipropileno, acrilonitrila, nylon e

politetrafluoretileno (PTFE). Sua principal aplicação é para a remoção de material particulado

e coloidal das águas brutas apresentando algumas vantagens sobre sistemas convencionais.

36

A maioria dos sistemas de microfiltração de grande escala disponíveis no mercado são

construídos com fibras ocas e operados por pressão ou sucção (SCHNEIDER, 2001). O

fluxograma de sistemas com membranas filtrantes é bastante simples e consiste basicamente

da unidade de membrana filtrante precedida de um pré-filtro, cuja função principal é evitar

que os módulos da membrana sejam danificados por sólidos suspensos na água bruta.

O exemplo mais clássico de utilização de microfiltração e estudado mais

detalhadamente na literatura é a unidade instalada em 1994 na cidade de Saratoga nos Estados

Unidos, considerado o maior sistema de microfiltração do mundo. Exigia-se a produção de

água potável que atendesse à legislação americana, especialmente com relação aos novos

padrões então estabelecidos para os microorganismos Giárdia e Cryptosporidium. Com prazo

para construção máximo de 12 meses, foram analisadas 4 diferentes tecnologias – filtração

com terra diatomácea, filtração com dois estágios, microfiltração e ultrafiltração. A tecnologia

escolhida foi a de microfiltração com uma vazão de 19.000 m3/d, pois apresentava na época,

custo ligeiramente superior ao tratamento convencional com qualidade de água superior e,

portanto, maior confiabilidade. Foram utilizadas na instalação 90 módulos de membrana em

que cada módulo continha 22.500 fibras ocas de polipropileno com porosidade nominal de 0,2

μm. Como havia ainda a limitação de espaço, os arranjos foram instalados em dois andares,

constituindo-se também em fator de diferenciação para escolha da tecnologia.

Após a captação e pré-filtração através de um filtro de 380 μm, a água é processada

em seis arranjos, cada um equipado com 90 módulos de membrana. A água filtrada é clorada

antes da transferência para a elevatória. O efluente da retrolavagem é lançado em uma lagoa

com capacidade para cerca de 1.000 m3 o que corresponde a um tempo de retenção mínimo de

24h para a sedimentação dos sólidos do efluente da retrolavagem, após a qual a água é

reciclada para a unidade de microfiltração. O efluente da lavagem química é lançado na

canalização de esgoto. A eficiência dessa estação na remoção de turbidez é bastante alta com

valores entre 0,01 a 0,1 NTU (SCHNEIDER, 2001, p. 89).

A importância relativa dos diferentes componentes do custo de operação da planta está

indicada na tabela 4.

Comparação com os custos de operação de uma planta convencional bem maior

operada inteiramente por gravidade, indica que os custos de energia elétrica são muito

maiores na planta de microfiltração (consumo médio de cerca de 0,215 kWh/m3), enquanto

que os custos de produtos químicos são cerca de 30% menores do que na planta convencional.

A planta convencional utilizada para comparação tinha uma capacidade nominal de 87.000

m3/dia.

37

Tabela 4 - Custos de operação e manutenção da planta de microfiltração de Saratoga

Item Proporção (%) Comentário Mão de obra 31,6 Energia elétrica 28,6 Consumo de cerca de 0,215 kWh/m3 produzido. Troca de membranas 22,5 Custo estimado baseado em vida útil de seis anos.

Nenhum módulo foi trocado após quatro anos de operação

Manutenção e consertos 10,2 Atividades direcionadas primordialmente para sistemas de pré-tratamento e captação. Custos de manutenção do sistema de microfiltração foram mínimos.

Produtos químicos 6,9 Cerca de 30% menores do que em uma planta convencional

Manejo de resíduos 0,2 Fonte: GERE (1997 apud SCHNEIDER, 2001, p. 98).

O custo de operação de um sistema de membrana depende muito da vazão de água,

que é estabelecida com base em dados obtidos através de plantas-piloto.

2.2.2.2 Ultrafiltração

A Ultrafiltração é realizada com o emprego de membranas microporosas e neste

processo, consegue-se a separação de partículas na ordem de 1,0 a 100,0 nanomicrons e a

faixa de pressão usada pode variar de 1,0 bar a 5,0 bar. Assim como a microfiltração, sua

principal aplicação se dá no pré-tratamento de água em substituição a clarificadores e filtros

ditos convencionais ou ainda em pré-tratamento a sistemas de osmose reversa. Tem maior

eficiência na remoção de turbidez, materiais coloidais, vírus e microorganismos, dando ao

processo maior confiabilidade para potabilidade da água.

Assim como na microfiltração, módulos de ultrafiltração podem ser construídos em

todas as configurações possíveis para membranas. A maioria dos sistemas de microfiltração

ou ultrafiltração de grande escala disponíveis no mercado são construídos com fibras ocas e

operados por pressão (Memcor, Aquasource, X-Flow, Pall, Koch) ou sucção (Memcor,

Zenon). Cada fabricante adota uma arquitetura e dimensões específicas para seus módulos.

As membranas de micro e ultrafiltração não conseguem reduzir a dureza da água que

somente é removida por nanofiltração e osmose reversa através da separação iônica.

Entretanto, todos os outros contaminantes dissolvidos podem ser separados através de

sistemas integrados com coagulantes, carvão ativado granular ou oxidação para atingir níveis

38

de potabilidade compatíveis com processos mais severos. O sistema de ultrafiltração é uma

barreira física de purificação da água e não depende de precipitação química, filtros de

profundidade ou de atividade biológica como num tratamento convencional. Teoricamente, a

qualidade da água filtrada produzida por unidade depende apenas do tamanho do poro da

membrana a ser utilizada em função do tipo de tratamento desejado. Como o processo de

separação é baseado em tamanho de partículas, grandes variações na água de alimentação, por

exemplo, turbidez, encontrada em cheias de rios não causam variações na qualidade da água

filtrada.

Quando usado como pré-tratamento para alimentar um sistema de osmose reversa, a

ultrafiltração aumenta significativamente a performance do tratamento. Os sistemas de

osmose requerem uma água de baixo SDI (Silt Density Index menor que 3) e a ultrafiltração é

capaz de atingir SDI < 1, proporcionando vantagens como menor custo operacional, menor

custo por metro cúbico de água tratada, aumento da vida útil das membranas de osmose,

diminuição das limpezas químicas do sistema. Segundo experiência da Koch, a vida útil de

uma membrana sujeita ao acúmulo de biofouling1, aumenta de 1 a 2 anos para 5 anos ou mais.

Há um maior rendimento da osmose impactando positivamente nos custos de energia pela

possibilidade de diminuição na pressão de operação. Uma vez que a qualidade da água de

alimentação é superior aos pré-tratamentos convencionais, certamente haverá um aumento da

capacidade de recuperação da osmose. Em águas onde o fouling da membrana é devido a

partículas em suspensão ou colóides, verifica-se um aumento na recuperação de 10 a 15%

(Koch).

Os poros das membranas de ultrafiltração têm aproximadamente de 0,02 a 0,03 micra.

O alto nível de remoção para silicatos e colóides de ferro, manganês, alumínio e outros metais

tornam a ultrafiltração um tratamento ideal tanto para osmose, quanto para nanofiltração,

troca iônica e outros processos de tratamento onde colóides representam um problema.

As membranas são projetadas com diferentes diâmetros de fibras para suportar níveis

variáveis de sólidos suspensos na alimentação. Em pós-tratamento, fibras de 0,5 mm podem

ser usadas, com a vantagem de se ter maior área por cartucho, enquanto fibras de 0,8 a 1,1

mm toleram água com teor mais elevado de sólidos suspensos. Os cartuchos de fibra oca da

Koch chegam a 3 mm de diâmetro.

1 Formação gelatinosa de natureza microbiológica. Este tipo de formação algumas vezes se verifica nas

canalizações, em conseqüência da ação de microorganismos (BRAILE, 1992).

39

A ultrafiltração também permite a remoção quase completa de bactérias, algas, fungos

e vírus.

A tabela 5 indica retenções típicas das membranas de poder de corte entre 10000 e

100000 Dalton da Koch Membrane Systems Inc. testadas em unidade-piloto instalada na

Reduc em 2000.

Tabela 5 - Eficiência de membranas de ultrafiltração

Nota: Resultados típicos podem variar de acordo com a natureza do carbono orgânico. Fonte: Koch Membrane Systems Inc.

O fluxograma de sistemas de tratamento com membranas filtrantes é bastante simples

e consiste basicamente da unidade de membrana filtrante precedida de um pré-filtro, cuja

função principal é evitar que os módulos da membrana sejam danificados por sólidos

suspensos na água bruta. Contaminantes adicionais (cor, metais pesados, ferro manganês)

poderão ser removidos através da dosagem de coagulantes ou carvão ativado granular na linha

de alimentação.

Na Refinaria de Duque de Caxias, no período de 10/01/2000 a 31/01/2000, teste para

tratamento da água bruta de abastecimento foi realizado com unidade-piloto de ultrafiltração.

O teste objetivou viabilizar a clarificação para atendimento à ampliação do parque industrial.

O equipamento utilizado – fotografia no apêndice – foi o HF2 da Koch, automático com

modem para controle a distância, com turbidímetros de entrada e saída e pHmetro de linha.

% retenção ou valores de redução logarítmica Poder de corte da membrana Componente

10 000 D 100 000 D Sílica coloidal 99,8 % 99,0 % Ferro coloidal 99,8 % 99,0 % Turbidez 99,8 % 99,0 % Sólidos Suspensos 99,9 % 99,8 % C. Orgânico Total 70 % 30 % Partículas 5 log 4 log Bactéria 6 log 5 log Endo toxinas 4 log 2 log Giárdia 6 log 5 log Vírus 5 log 4 log

40

O sistema piloto foi operado no Modo Controle de Vazão. Neste modo o operador

estabelece uma vazão de permeado e um diferencial de pressão e o sistema modula as

pressões de entrada e saída de forma a obter a vazão desejada.

No teste com a água captada da barragem de Saracuruna, devido à baixa turbidez,

decidiu-se operar o sistema sem bombas, ou seja, com a pressão da linha. Já no teste com a

água do rio Guandu, foi utilizada a bomba de recirculação, com diferencial de pressão de 15

psi, já que esta água normalmente tem variações de turbidez que podem chegar a 70 NTU.

Com base nos resultados do teste, a Reduc optou por instalar um sistema de

ultrafiltração com capacidade para 600 m3/h como pré-tratamento para a água deionizada

utilizada nas caldeiras de produção de vapor.

2.2.2.3 Nanofiltração

A Nanofiltração, também chamada de osmose reversa de baixa pressão ou

abrandamento por membranas, situa-se entre a osmose reversa e a ultrafiltração, em termos de

seletividade. É especialmente indicada para o abrandamento de água, na remoção de íons

multivalentes (cálcio e magnésio) e, mais recentemente, no controle de substâncias orgânicas

presentes na água.

Na Nanofiltração, os íons monovalentes são fracamente rejeitados pelas membranas, o

que explica a contrapressão osmótica inferior àquela presente na Osmose Reversa. Como

conseqüência, as pressões operacionais são da ordem de 5 a 15 kg/cm2, ou seja, muito

inferiores às pressões utilizadas em osmose. Nesse processo, através de membranas

microporosas, retiram-se partículas e macromoléculas na grandeza de 0,5 a 5,0 nanomicrons.

2.2.2.4 Osmose Reversa

Iniciada com a dessalinização de água do mar na década de 60, pode-se dizer que a

osmose reversa é a precursora da tecnologia de membranas. Posteriormente, a nanofiltração,

foi utilizada para remoção de dureza de águas de poços na Flórida e remoção de cor na

Noruega já na década de 80 (SCHNEIDER, 2001).

A osmose reversa é uma operação em que o solvente é separado da solução, mediante

sua passagem por uma membrana semipermeável não porosa, desenvolvida para reter sais e

solutos com baixos pesos moleculares.

41

Se uma solução salina concentrada é separada da água “pura” por uma membrana

dessa natureza, a diferença de potencial químico promove a difusão da água do

compartimento com a solução salina, para igualar as concentrações.

No equilíbrio, a diferença de nível entre os líquidos nos dois compartimentos

corresponde à pressão osmótica da solução salina.

Inversamente, para produzir água “pura”, a partir da solução salina, é necessário

superar essa pressão osmótica. Para que isso ocorra de forma economicamente viável, na

prática são utilizadas pressões de, pelo menos, duas vezes a pressão osmótica da solução. Em

dessalinização de água do mar, por exemplo, são empregadas pressões da ordem de 51 a 81

kg/cm2 (MANCUSO, 2003).

A figura 3 ilustra o mecanismo descrito.

Figura 3 - Princípio da osmose reversa Fonte: SCHNEIDER (2001).

MARIÑAS (1991) observa que a tecnologia de osmose pode ser muito efetiva na

remoção da maioria dos despejos inorgânicos, orgânicos e contaminantes microbiológicos.

Para o autor, os projetos de uma planta de tratamento de osmose reversa devem incluir os

seguintes processos: (1) condicionamento químico e microfiltração da água de alimentação;

(2) tratamento da membrana; (3) aeração, neutralização e desinfecção do permeado; (4)

tratamento e disposição do concentrado.

A performance das membranas de osmose reversa é afetada pelas condições

operacionais e parâmetros de qualidade da água de alimentação. Pressões hidráulicas mais

altas correspondem a uma maior produtividade de água e remoção de contaminantes. A

performance de membranas de osmose reversa é também influenciada pelos parâmetros de

qualidade da água de alimentação tais como concentração, composição e pH. Fouling de

Δ

osmose reversa

osmose

Solução salina

Água dessal

(a) (b)

(c)

Δp = pressão osmótica

42

materiais inorgânicos precipitados, macromoléculas orgânicas e microorganismos resultam

em deterioração da performance das membranas e possível falha da planta. A prática de

microfiltração para a carga e condicionamento químico, bem como unidade de limpeza

periódica minimiza os problemas de fouling.

Segundo WILF (2003), a aplicação da tecnologia de osmose reversa nos Estados

Unidos tem sido desenvolvida em paralelo com a melhoria da performance das membranas

comerciais e processos mais econômicos de dessalinização. As primeiras instalações

americanas eram limitadas ao tratamento de águas de poço altamente salinas em áreas de

rápido crescimento da população, principalmente na Flórida. A maioria dos sistemas utilizava

membranas fabricadas à base de acetato de celulose em uma configuração em espiral.

Atualmente os sistemas de osmose reversa, quase que exclusivamente adotam membranas de

poliamidas aromáticas. Com a evolução das tecnologias na fabricação das membranas, a

aplicação dos sistemas de osmose foi sendo também ampliada para purificação de outras

fontes de água, tais como águas superficiais, do mar e até esgotos.

Sistemas de osmose com membranas de acetato de celulose exigiam um pré-

tratamento que incluía a utilização de cloro para protegê-las da degradação biológica. O pH na

alimentação do sistema era mantido na faixa de 5 a 6 para reduzir a taxa de hidrólise da

membrana. Filtros de areia seguidos de filtro de cartucho eram utilizados para reduzir a

concentração de sólidos suspensos e os sistemas de osmose eram projetados para operar com

taxas de recuperação limitadas para manter a concentração de sais solúveis abaixo de seus

limites de saturação. A introdução de membranas de poliamida e o desenvolvimento de

inibidores de incrustração orgânica possibilitaram a simplificação do pré-tratamento com a

eliminação dos filtros de areia, permanecendo somente os de cartucho. O material da

membrana de poliamida não é degradável pela bactéria e tem estabilidade para uma faixa

mais larga de pH. Em função disso, é possível a eliminação da cloração inicial e o pH pode

ser mantido a um nível mais alto do que na utilização de acetato de celulose (WILF, 2003).

Na Petrobras, as refinarias que no momento possuem sistemas de osmose reversa em

operação, ainda não eliminaram os filtros de areia pré-existentes. Tem sido consenso entre os

técnicos da Companhia, entretanto, que unidades novas de osmose sejam precedidas de

sistemas de membrana (micro ou ultrafiltração) como pré-tratamento. Essa filosofia já está

sendo adotada em unidade de 85 m3/h instalada na refinaria de São José dos Campos.

43

2.2.2.5 Eletrodiálise

No processo de eletrodiálise, os componentes iônicos de uma solução são separados

através do uso de membranas seletivas de íons semiperpeáveis. A aplicação de um potencial

elétrico entre os dois eletrodos gera uma corrente elétrica na solução, proporcionando a

migração de anions para o eletrodo positivo (METCALF & EDDY, 2003). Nessas condições,

os cátions passam pelas membranas de cátions, e os ânions pelas membranas de ânions, que

são montadas alternadamente, provocando uma diminuição na salinidade num compartimento

e um aumento no seguinte e, assim, sucessivamente ao longo de todo o equipamento.

Simplificadamente, as membranas não deixam passar os íons de sinais iguais aos

delas, ou seja, ânions não atravessam as negativas e cátions não atravessam as positivas.

Segundo LA GREGA et al. (1994 apud MANCUSO, 2003), os sistemas típicos de

eletrodiálise operam em pressões entre 2,8 e 4,2 kg/cm2, e 90% da água presente na solução

afluente são aproveitados, enquanto 10% ficam incorporados no concentrado.

Diferentemente dos demais processos de separação por membranas, o processo de

eletrodiálise utiliza como força-motriz a corrente elétrica. Todas as plantas de eletrodiálise

recentemente construídas para a produção de água potável, por empresas de saneamento

básico são sistemas de operação contínua que utilizam a tecnologia da eletrodiálise reversa.

Os requerimentos de pré-tratamento da água de alimentação são os mesmos da osmose

reversa, com maior tolerância para desvios dos valores ideais de parâmetros chaves e o

rendimento de sistemas comerciais utilizados na produção de água potável, varia entre 77% e

85% (SCHNEIDER, 2001).

Uma evolução desse processo é denominada Eletrodeionização Contínua para

obtenção de água ultrapura. Essa nova tecnologia é uma combinação de eletrodiálise e troca

iônica, resultando num processo de separação de íons da água ao mesmo tempo em que as

resinas são continuamente regeneradas pela corrente elétrica aplicada na unidade.

Com relação à sua aplicação, a empresa Ondeo Degrémont Brasil, pertencente ao

Grupo Suez, um dos líderes mundiais em projeto, instalação e operação de sistemas de

tratamento de água, sugere uma cadeia evolutiva (figura 4) para a produção de água de alta

qualidade para make-up de caldeira com a utilização da Eletrodeionização em substituição ao

trocador de leito misto precedida de 2 estágios de osmose reversa. Como vantagens na

substituição são apontados a eliminação da necessidade de produtos químicos, a operação

44

contínua, utilização de menor espaço, eliminação de rejeito de neutralização, maior qualidade

da água produzida com até 0,063 μS/cm e menor custo operacional.

Figura 4 - Cadeia evolutiva de tratamento com eletrodeionização Fonte: HILSDORF (2003). 2.3 GERAÇÃO E TRATAMENTO DE EFLUENTES EM REFINARIAS

O processo de refino de petróleo inclui várias etapas para produção dos diversos

produtos finais. A geração dos despejos líquidos em cada uma dessas etapas apresenta uma

grande variação, tanto em termos quantitativos quanto qualitativos. Dependente, portanto, das

características do petróleo processado, a variabilidade dos efluentes gerados nas refinarias

dificulta o estabelecimento de uma composição típica, sendo esse o principal desafio

enfrentado na operação de estações de tratamento.

Como são grandes consumidoras de água e, não sendo a água incorporada ao produto,

as refinarias de petróleo são também grandes geradoras de efluentes hídricos.

Pré-Tratam. Conv. ou UF

Osmose Reversa 1o Passo


Trocador Leito Misto


EDI Eletrodeionização


Pré-Tratam. Conv.ou UF

CADEIAPROPOSTA

CADEIA ATUAL

45

Grande parte dos descartes das refinarias é gerada no próprio sistema de tratamento,

tanto da água quanto dos efluentes e as quantidades de efluentes líquidos geradas apresentam

certa proporcionalidade com a capacidade de processamento.

PIRAS (1993), utilizando dados da Petrobras daquele ano, sugeria uma relação linear

entre efluente produzido e capacidade de refino, como mostra a figura 5. Embora não seja

esclarecido no trabalho de PIRAS (idem), é possível que os três pontos desviados da curva

estejam associados a paradas programadas que diminuem a carga processada. Observa-se

nesse gráfico, que a relação é tanto menor quanto maior a capacidade de refino.

0

0,5

1

1,5

2

0 10000 20000 30000 40000 50000

eflu

ente

pro

duzi

do /

oleo

pro

cess

ado

CAPACIDADE DA REFINARIA (m3/d)

Figura 5 - Relação da geração de efluentes nas refinarias da Petrobras em 1985 Fonte: PIRAS (1993).

Dados do ano de 2002 apresentados na tabela 6 corroboram as premissas de PIRAS,

após sucessivas intervenções nas unidades para modernização das instalações. Na elaboração

da tabela, os volumes de petróleo processado no ano obtidos em publicação da Agência

Nacional de Petróleo são transformados em vazões médias diárias.

46

Tabela 6 - Geração de efluentes das refinarias em 2002

Refinaria Ano 2002

Início da atividade

Processado (m3)

Processado (m3/d)

Efluentes (m3/d)

Efluente/ óleo

Lubnor 1966 339.735 930 749 0,805 Reman 1957 2.605.558 7.139 3.543 0,496 Recap 1954 2.496.513 6.840 2.787 0,407 Repar 1977 11.093.622 30.393 8.064 0,265 Refap 1968 6.113.408 16.749 7.149 0,427 Revap 1980 11.290.633 30.933 10.970 0,355 Regap 1968 7.243.645 19.845 7.585 0,382 Rlam 1950 11.730.311 32.138 13.834 0,283 Rpbc 1955 8.868.567 24.297 25.918 1,067 Reduc 1961 11.181.325 30.634 25.749 0,841 Replan 1972 18.783.493 51.461 12.995 0,253

Fonte: PETROBRAS e ANP (2003).

Tem-se observado ao longo do tempo uma melhora sensível na relação efluente/óleo

processado, fruto de melhorias implementadas durante projetos de modernização nos últimos

anos.

2.3.1 Tratamentos Convencionais

Os efluentes aquosos das refinarias de petróleo contêm uma grande diversidade de

poluentes incluindo, óleo, fenóis, sulfetos, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, metais etc.

A quantidade desses poluentes depende da natureza do petróleo processado e do tipo de

processo utilizado nas etapas de refino. Por exemplo, processos que empregam craqueamento

produzem mais quantidade de fenóis do que processos de produção de combustíveis menos

severos quimicamente.

A grande variedade de arranjos nos processos das refinarias e a variação de cargas

utilizadas tornam extremamente difícil predizer ou definir uma composição média de seus

efluentes. Entretanto, todas empregam uma ou mais unidades de processo similares, tais como

destilação, craqueamento térmico e/ou catalítico, desulfurização e outros, o que possibilita

conhecer o tipo de poluente produzido por cada unidade e, portanto, a operação unitária de

tratamento pode pelo menos ser analisada (BEYCHOK, 1967).

A USEPA (US Environmental Protection Agency), órgão ambiental americano ao

desenvolver um guia para padrões de performance de tratamento de efluentes para redução de

poluentes, com o título Development Document for Proposed Effluent Limitations Guidelines

47

and New Source Performance Standards for the Petroleum Refining, classificou as refinarias

de petróleo em 6 subcategorias de acordo com a carga dos efluentes e dos tipos de processo,

justificando a utilização de grupos de produção. Esse estudo, elaborado para inclusão na

Federal Water Pollution Control Act of 1972, incluiu um total de 247 refinarias americanas

com produção total de 14 milhões de barris de petróleo por dia. Uma das conclusões foi a de

que todas as 6 subcategorias geram efluentes hídricos que contêm constituintes similares.

Entretanto, a concentração e carga desses constituintes, denominados “carga efluente bruta”,

variam nas subcategorias.

As tecnologias de tratamento e controles existentes, conforme praticada pela indústria,

incluem tanto o tratamento do efluente final, denominado end-of-pipe, quanto o pré-

tratamento interno ao processo, in-plant. Muitas das correntes internas individuais tais como

águas ácidas oriundas do craqueamento ou da destilação, têm um efeito altamente prejudicial

ao tratamento biológico. Conseqüentemente, essas correntes individuais são pré-tratadas antes

de serem direcionadas às estações de tratamento de efluentes da refinaria.

As instalações de coleta, segregação e tratamento dos efluentes líquidos podem,

didaticamente ser classificadas em 2 grupos: um considerado como pré-tratamento que é

realizado internamente nas etapas de processo para eliminação de contaminantes específicos

àquele processo e outro mais geral referente ao tratamento da mistura das correntes finais de

cada processo unitário, denominados tratamentos fim-de-linha. Quase todas as refinarias

possuem um ou mais separadores gravimétricos de água-óleo sendo esse equipamento

considerado como a linha divisória entre o tratamento interno (in-plant treatment) e o

tratamento fim de linha (end-of-pipe).

Os pré-tratamentos usuais e mais importantes são a retificação ou estripagem (arraste)

com vapor de correntes de águas acres para eliminação de amônia e sulfetos, a oxidação e a

neutralização de correntes cáusticas oriundas do tratamento para especificação de produtos

combustíveis.

Os tratamentos de fim de linha são geralmente feitos em duas etapas, conhecidas como

primária para retirada de óleo livre e sólidos sedimentáveis e uma etapa secundária para

materiais emulsionados e dissolvidos na corrente aquosa. O tratamento primário consiste da

separação do óleo, água e sólidos em dois estágios. Durante o primeiro estágio, um separador

API, um interceptor de placas corrugadas ou outro tipo de separador é utilizado. O efluente

atravessa o separador em baixa velocidade para permitir a flotação do óleo que então é

retirado da superfície por um sistema de skimming enquanto os sólidos sedimentados no fundo

são também raspados para retirada do sistema.

48

Os chamados tratamentos secundários compreendem a coagulação química, flotação a

ar e processos biológicos tais como, lagoas de oxidação, filtros biológicos, processos de lodo

ativado, bacias de aeração e mais recentemente processos com membranas. Nessa etapa, o

óleo dissolvido e outros poluentes orgânicos são consumidos biologicamente por

microorganismos, gerando uma biomassa residual que após tratada anaerobicamente pode

então ser descartada.

Como dito anteriormente, os efluentes hídricos variam em quantidade e qualidade de

refinaria para refinaria, entretanto, são tratáveis até níveis considerados adequados para os

órgãos fiscalizadores do meio ambiente. Fatores locais como clima, critérios de descarga,

disponibilidade de área, ou outras considerações locais determinam o processo de tratamento

para alcançar um efluente final aceitável. Assim, podemos dizer que o tratamento dos

despejos líquidos das refinarias, objetiva a obtenção do máximo possível de recuperação de

óleo e minimização da descarga de outros poluentes.

A quantidade de efluente a ser tratada depende fundamentalmente de práticas internas

do processo.

Existem dois tipos de práticas internas que reduzem a vazão dos efluentes para o

sistema de tratamento: primeiro, práticas de reúso que envolvem a água de algum processo em

outro processo, como por exemplo, a utilização do condensado das torres de stripper para

makeup das dessalgadoras, ou ainda, a utilização do blowndown de caldeiras de alta pressão

na alimentação das caldeiras de baixa pressão. A segunda prática trata-se de sistemas de

reciclo que usam a água mais de uma vez para o mesmo propósito, como por exemplo, o uso

de vapor condensado na reposição de caldeiras e torres de resfriamento. A redução ou

eliminação de uma corrente de efluente permite que processos end-of-pipe sejam menores e

mais econômicos. Uma vez que nenhum processo de tratamento consegue alcançar 100% de

remoção, a redução na vazão proporcionará uma menor descarga de poluente (EPA 440/1-

73/014).

2.3.2 Tratamento com Membranas

Existem três tipos de configurações diferentes de incorporação de membranas no

tratamento de despejos: bioreatores com separação por membranas, bioreatores com aeração

por membranas e bioreatores com extração por membranas (STEPHENSON et al., 2000 apud

SCHNEIDER, 2001).

49

Uma vez que os bioreatores com separação são os únicos comercializados, há mais

informações sobre essa tecnologia e, no presente trabalho nos ateremos a eles.

Os primeiros trabalhos sobre bioreatores com membrana para retenção de sólidos, para

o tratamento de esgotos foram publicados no final da década de 60. Nessa época também foi

introduzido no mercado, o primeiro sistema comercial de membranas para tratamento de

águas residuárias. Nesses primeiros trabalhos, foi utilizada a configuração de acoplamento

externo de módulos de ultrafiltração com circulação do conteúdo do reator pela membrana.

Essa configuração, até hoje, predomina em sistemas comerciais de pequena e média

escala, para tratamento de efluentes industriais. Em termos de processo, é uma configuração

semelhante a de um lodo ativado convencional em que os decantadores secundários são

substituídos pela instalação das membranas. Com isso, o lodo de retorno ao tanque de aeração

atinge concentrações de até 15000 mg/L aumentando a eficiência do tratamento biológico.

Para facilitar o entendimento dessa configuração, apresentamos, na figura 6,

fluxograma simplificado da instalação de piloto em uma refinaria da Petrobras proposto pela

Zenon em 2000, com objetivo de tornar o efluente da refinaria possível de reutilização nas

torres de resfriamento. É um processo patenteado com o nome ZenoGem® desenvolvido em

conjunto com a General Motor Corporation de forma a reduzir a complexidade e custo do

tratamento de efluente.

Figura 6 - Processo MBR ZenoGem Fonte: O próprio autor.

Bioreator

Alimentação de efluentes

Soprad

Retorno de lodoLodo

Ultrafiltração

Efluente

50

Para SCHNEIDER (2001), o início da comercialização de reatores biológicos com

membranas submersas, no início dos anos 90, viabilizou a utilização de reatores de membrana

no mercado de tratamento de esgotos municipais.

Bioreatores com membranas para retenção de sólidos, de um modo geral, são

bioreatores convencionais, aeróbios ou anaeróbios, acoplados a um sistema de membrana de

microfiltração ou ultrafiltração que permite a retenção completa dos sólidos suspensos e da

biomassa.

Essa configuração, torna a operação do reator independente da eficiência do

decantador secundário e permite atingir concentrações de biomassa muito mais elevadas do

que em sistemas de lodos ativados convencionais, conforme constatado na tabela 7.

Tabela 7 - Comparação de reator de membrana com lodo ativado convencional

Parâmetro Reator de membrana Lodo ativado convencionalBiomassa (g/L) 15 – 25 1,5 – 4 kg DQO/m3d 2,6 – 5,0 < 1,0 kg DBO/m3d 1,5 – 2,5 < 0,5 kg NH3/m3d 0,2 – 0,4 < 0,07 A/M (kgDQO/kgMLSS.d) < 0,1 0,2 – 0,6 Tempo de residência de biomassa (d) 30 – 45 5 – 15 Produção de lodo (kg lodo seco/kg de DQO) A/M (0,5 a 1,0) A/M (0,1 a 0,2)

0,46 0

0,6 --

Diâmetro médio dos flocos (μm) 3,5 20 Tempo de residência hidráulica (h) 2 3 – 8

Fonte: METCALF & EDDY (1991).

A outra configuração possível para utilização de reatores a membrana para tratamento

de despejos é através da imersão das membranas no próprio reator biológico (figura 7). Nesse

caso, é eliminada a construção de um tanque, o que pode significar alguma economia de

investimento.

No Brasil, próximo à cidade de São Paulo, há em operação um excelente exemplo da

aplicação dessa tecnologia. Trata-se de um parque temático localizado junto a um córrego

classificado como de classe 2 por Decreto Estadual, o que só possibilitava sua implantação

adotando-se como ponto de partida a hipótese de descarte zero do efluente no corpo receptor.

Para atingir o objetivo, foi concebido um projeto em que a água potável consumida no parque

é proveniente de poços profundos, enquanto que o esgoto gerado nos sanitários, bares e

51

restaurante é captado numa rede que o conduz a um tanque de homogeneização, para posterior

tratamento em uma estação de lodos ativados, não convencional, do tipo MBR, com

separação da biomassa feita com membranas de microfiltração do tipo oco (hollow fiber) e

lodo excedente secado em filtro prensa. A água tratada do reator MBR é então desinfectada

com hipoclorito de sódio, corrigido o pH e armazenada em reservatório central de água de

reúso. Parte de sua vazão é utilizada nas descargas sanitárias e outra parte como rega de

jardins e gramados do parque.

Figura 7 - Membrana submersa em reator biológico Fonte: O próprio autor.

Ainda, segundo SCHNEIDER (2001), o mercado de reatores de membranas de grande

porte, os chamados MBR’s (Membrane Bioreactors) para tratamento de esgotos domésticos, é

disputado no momento por duas empresas, a canadense Zenon e a japonesa Kubota. As duas

empresas empregam configurações diferentes de membranas no reator.

Os reatores da Zenon são baseados em fibras ocas constituídas de um polímero

resistente ao cloro com porosidade nominal de 0,1 μm. Um módulo consiste de fibras ocas

montadas em uma moldura vertical com extração de filtrado pelas duas extremidades das

fibras. A área de membrana por módulo é de 14 m2 no módulo ZW-150 e de 46 m2 no módulo

ZW-500. Um conjunto de módulos forma um cassete, que é a unidade de membrana imersa

no reator. A área de membrana por cassete é de 168 m2 no caso dos módulos mais antigos e

de 368 m2 nos módulos mais recentes.

Membrana submersa

Aeração

Efluente Alimentação

52

A Kubota emprega módulos com placas em seus reatores. Cada módulo contém 150

placas, com 0,8 m2 de área útil de membrana afixadas nos dois lados de uma armadura de

fibra de vidro, separadas por uma estrutura porosa de suporte resistente que funciona como

canal de coleta do filtrado. A pressão de operação é gerada pela pressão hidrostática da água

do reator. O espaço entre as membranas de módulos adjacentes, de cerca de 6 a 8 mm,

permite a aeração e recirculação do lodo. A aeração é feita por meio de difusores instalados na

base dos módulos e o fluxo de projeto varia entre 17 a 30 L/m2h.

O custo de operação de reatores de membrana diminuiu consideravelmente entre 1990

e 2000, principalmente devido à redução do custo das membranas conforme ilustrado na

figura 8. Para a elaboração da figura são adotados valores em US$ por metro quadrado de

membranas produzidas pela empresa Kubota.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1988 1992 1996 2000 2005

Figura 8 - Custo de membrana 1991-2003 Fonte: O próprio autor, adaptado de CHURCHOUSE & WILDGOOSE (1999).

Para SCHNEIDER (2001), o aumento da concorrência no setor e o aumento da escala

dos sistemas instalados, garantem a continuação da tendência de redução de custos dos

reatores de membrana, nos próximos 10 a 15 anos.

Uma questão importante com grande influência na análise econômica é a capacidade

máxima de tratamento instalada. No Reino Unido, as plantas de tratamento convencionais são

projetadas para tratamento de até três vezes o volume típico de esgotos em dias sem chuva,

enquanto que na Alemanha, essa margem é reduzida para duas vezes o fluxo em dias sem

53

chuva. O fluxo médio através da planta, porém, é de cerca de 1,4 vezes a vazão em tempo

seco (DAVIES et al., 1998)

Atualmente, o custo de reatores de membrana submersos novos é competitivo com

sistemas convencionais de tratamento novos, até vazões de cerca de 50.000 m3/dia, em casos

onde o espaço disponível é limitado ou em regiões onde há limites mais severos para a

qualidade de efluentes secundários (CHURCHOUSE & WILDGOOSE, 1999 apud

SCHNEIDER, 2001). Essa análise comparativa é mais favorável para reatores de membrana,

quando se estuda o aumento da capacidade de tratamento de sistemas de lodo ativado

convencional. Quanto aos custos de operação os dois são muito próximos, conforme

evidenciado nas tabelas 8 e 9, referentes à ampliação de uma instalação de tratamento de

esgotos domésticos com capacidade de 3.785 m3/dia para 20.060 m3/dia.

Tabela 8 - Comparação de custos de investimento de lodo ativado e MBR ZenoGem

Item Lodo ativado convencional (US)

Reator de membrana

ZenoGem (US$)

Comentários

Construção civil Custo reduzido do sistema Estruturas, tanques novos 6.000.000 200.000 ZenoGem devido ao uso

de tanques pré-existentes Instalações complementares 1.300.000 200.000 Trabalhos de arquitetura 1.200.000 50.000 Equipamentos Equipamentos de processo 8.850.000 10.656.000 Tubulações 1.450.000 325.000 Drenagens 650.000 300.000 Outras despesas Instalações elétricas 755.000 400.000 Inclui aumento da

capacidade de tratamento do lodo

Despesas de contratos 190.000 190.000 Montagem e partida 1.200.000 425.000 O sistema ZenoGem

produz Outros equipamentos + contingência (15%)

2.725.000 1.058.601 1/3 do lodo do sistema convencional

Sub-total 24.320.000 14.804.601 Projeto e supervisão 3.130.000 1.000.000 Aquisição de área 1.500.000 0 Custo total 28.950.000 14.804.601 Economia proporcionada pelo reator de membrana US$ 14.145.399

Fonte: MOURATO et al. (1996 apud SCHNEIDER, 2001).

54

Tabela 9 - Comparação dos custos de operação para lodo ativado e MBR ZenoGem

Item Reator de membrana ZenoGem®

Lodo ativado convencional

Manutenção: Bomba de recirculação de lodo 0 1 Decantadores 0 1 Outras bombas 1 1 Aeradores 1 1 Outros equipamentos 1 1 Troca de membranas 1 0 Eletricidade 0,85 1 Mão de obra: Operação 0,5 1 Manutenção 0,5 1 Produtos químicos Alumínio para redução de P 0,1 1 Floculantes 0 1 Tratamento de lodo: Adensamento 0,5 1 Disposição final 0,3 1 Total 1 1

Fonte: MOURATO et al. (1996 apud SCHNEIDER, 2001). 2.4 UTILIZAÇÃO DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE REFINO DE PETRÓLEO 2.4.1 Principais Aplicações

Uma vez considerado um bem de valor econômico, a água passa a ter valoração

diferenciada de acordo com sua disponibilidade e aplicação.

Quando a água é matéria-prima de um insumo e, portanto componente do produto

final (indústria alimentícia, irrigação) deve lhe ser dada uma importância que não a mesma na

sua aplicação como fluido de refrigeração ou em usos não consuntivos como recreação e

lazer, navegação, pesca ou ainda como corpo receptor para diluição de efluentes.

A classificação da água, segundo seu uso, é feita da seguinte forma (BARTH, 1987

apud SETTI et al. 2001):

55

a) Uso consuntivo: irrigação; abastecimento doméstico; abastecimento industrial;

dessedentação de animais; aqüicultura; e geração de energia elétrica.

b) Uso não consuntivo: navegação; recreação e lazer; pesca; assimilação de efluentes;

e preservação ecológica.

Na indústria, a água propicia vários usos: solventes de sólidos, líquidos e gases na

indústria química; matéria prima na indústria de bebidas; lavagem e suspensão de materiais na

indústria metalúrgica; aquecimento na indústria de alimentos; e insumo para refrigeração e

geração de vapor em praticamente todos os setores industriais (PONTES, 2000, p. 211).

PERES (2003) apresenta durante sua dissertação de mestrado a seguinte tabela sobre

uso da água na indústria em geral:

Tabela 10 - Uso de água na indústria

Ramo Tipo Unidade Uso de água por unidade (m3)

Alimentícia Lacticínio (leite) Cervejaria Refrigerantes

1.000 litros de leite 1.000 litros de cerveja 1.000 liitros de refrigerante

1 – 10 5 – 20 2 – 5

Couro e curtume Curtume 1 ton de pele 20 – 40 Polpa e papel Popa e papel

integrados 1 ton de produto 200 – 250

Indústrias químicas Vidro Borracha Borracha sintética Amônia

1 ton de vidro 1 ton de produto 1 ton de produto 1 ton de produto

3 – 30 100 – 150 500 100 – 130

Metalúrgicas Fundição Laminação

1 ton de gusa 1 ton de produto

3 – 8 8 – 50

Minerações Ferro Carvão

1 m3 de minério lavado 1 ton de carvão

16 2 – 10

Fonte: SPERLING (1966 apud PERES, 2003).

Quanto às refinarias, a tabela 11 apresenta os seguintes dados para o ano de 2001:

56

Tabela 11 - Uso de água em refinarias da região sudeste em 2001

Refinaria (X) Captação média de água bruta (m3/mês)

(Y) Processamento médio de petróleo (m3/mês)

(X/Y)

A 1.073.978 857.460 1,25 B 569.329 631.623 0,90 C 183.372 222.822 0,82 D 715.348 1.092.653 0,65 E 1.121.766 752.680 1,49 F 1.158.354 1.566.871 0,74

Fonte: PERES (2003).

Das tabelas apresentadas verifica-se que, muito embora as refinarias de petróleo

utilizem grandes quantidades de água, seu alto consumo está associado basicamente ao grande

volume de produção. Apresenta de uma forma geral, a menor relação tonelada de água por

tonelada de produto comparativamente aos principais ramos das indústrias de grande porte.

Cerca de 60 a 80% da água efetivamente consumida na indústria é devido ao seu uso

como fluido de resfriamento (SETTI et al, 2001 apud PERES, 2003).

A tabela 12 apresenta o uso da água em um complexo petroquímico, localizado no

Sudeste Asiático, constituído por uma refinaria, com capacidade de processamento de

550.000 barris por dia, 18 plantas petroquímicas, que produzem olefinas, etileno, benzeno,

tolueno, xileno, polietileno, polipropileno, para-xileno e estireno, e 12 sistemas de tratamento

de efluentes. Tabela 12 - Uso de água em complexo petroquímico do sudeste asiático

Tipo de uso Uso de água (m3/h) % Alimentação de caldeiras 500 20 Unidades de processo 268 10 Lavagens e contra-lavagens 125 5 Água potável 150 6 Alimentação de torres de resfriamento 1.238 48 Obras e água de incêndio 290 11 Total 2.571 100

Fonte: HIGGINS (1995, p. 497).

57

2.4.2 Métodos e Tecnologias para Reuso

Uma vez que a relação demanda/oferta de água tem-se mostrada cada vez mais

desfavorável, especialmente, em regiões de maior desenvolvimento industrial, urbano e

agrícola, torna-se necessário o estabelecimento de políticas adequadas e sistemas de gestão

efetivos para preservação desses recursos.

Apontado por diversos autores como um dos principais instrumentos de gestão para

garantia de oferta dos recursos hídricos (MANCUSO e SANTOS, 2003; HESPANHOL,

1999), o reúso de água pode ser utilizado a partir de diversas tecnologias já consagradas.

Diversos são os instrumentos, os mecanismos e as tecnologias a serem empregados no trato

dessa questão, porém vários deles carecem de estudos e investigações que auxiliem o seu

melhor emprego e produzam resultados sanitários, ambientais e econômicos satisfatórios

(PHILIPPI JR., 2003).

O reúso de água, segundo BRAGA FILHO (2003), subentende uma tecnologia

desenvolvida em maior ou menor grau, dependendo dos fins a que se destina a água e de

como ela tenha sido usada anteriormente. O que dificulta, entretanto, a conceituação precisa

da expressão “reúso de água”, segundo BRAGA FILHO (idem), é a definição do exato

momento a partir do qual se admite que o reúso está sendo feito.

O autor exemplifica com a captação de água por uma comunidade em um rio contendo

os esgotos de uma grande metrópole e uma outra cidade às margens de outro grande rio onde

apenas algumas pessoas despejam esgotos. Nesse caso, existem diferenças em termos de

diluição, distâncias percorridas pelos efluentes e fatores naturais referentes à recuperação da

qualidade desses rios. Sendo assim, é impossível determinar o preciso instante em que foi

iniciado o reúso da água.

Portanto, num exemplo hipotético de comunidades que utilizam água de um rio que

recebe quantidades crescentes de esgoto, não há sentido em identificar como reúso a situação

da comunidade que capta água cuja diluição possa ser caracterizada, em termos práticos,

como infinita. O outro extremo é o da reutilização de esgoto para fins potáveis sem dispô-lo

antes no meio ambiente, situação classificada por alguns autores como o de reúso potável

direto (BRAGA FILHO, idem).

58

A Organização Mundial da Saúde – OMS (1973) classifica reúso com os seguintes

conceitos:

− Reúso indireto: ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes para uso

doméstico ou industrial, é descarregada nas águas superficiais ou subterrâneas e

utilizada novamente a jusante.

− Reúso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para certas

finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aqüífero e água potável.

− Reciclo interno: é o reúso da água internamente a instalações industriais, tendo

como objetivo a economia de água e o controle da poluição.

O termo reciclo é definido como o reúso interno da água para o uso original, antes de

sua descarga em um sistema de tratamento ou outro ponto qualquer de disposição. Por outro

lado, o termo reúso é utilizado para designar descargas de efluentes que são

subseqüentemente utilizados por outros usuários, diferentes do original.

Nessas condições, o reúso planejado direto da água para fins potáveis pode ser

classificado como reciclo, desde que os efluentes tratados sejam utilizados novamente pela

mesma entidade que os produziu, num circuito fechado.

CECIL (apud LAVRADOR FILHO, 1987), referindo-se ao reúso de água na indústria,

distingue o termo reúso direto da palavra reciclagem da seguinte maneira: reúso direto diz

respeito a águas que, tendo sido poluídas pela atividade humana, não tenham sido misturadas com águas naturais; o uso de águas provenientes de outras indústrias ou sistema público é um reúso direto das águas, se estas não tiverem sido misturadas com águas naturais.

Portanto, para o autor a reciclagem não é propriamente um reúso, e sim, um caso

especial deste. Ou seja, os efluentes gerados são recuperados para o mesmo uso.

LAVRADOR FILHO (idem) sugere a seguinte terminologia para efeito de

uniformização de linguagem:

a) Reúso de água: é o aproveitamento de águas previamente utilizadas, uma ou mais

vezes, em alguma atividade humana, para suprir as necessidades de outros usos

benéficos, inclusive o original. Pode ser direto ou indireto, bem como decorrer de

ações planejadas ou não planejadas.

59

b) Reúso indireto não planejado de água: ocorre quando a água, já utilizada uma ou

mais vezes em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e

novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e

não controlada.

c) Reúso planejado de água: ocorre quando o reúso é resultado de uma ação humana

consciente, adiante do ponto de descarga do efluente a ser usado de forma direta

ou indireta. O reúso planejado de águas pressupões a existência de um sistema de

tratamento de efluentes que atenda aos padrões de qualidade requeridos pelo novo

uso que se deseja fazer da água. O reúso planejado também pode ser denominado

“reúso intencional da água”.

d) Reúso indireto planejado de água: ocorre quando os efluentes, depois de

convenientemente tratados, são descarregados de forma planejada nos corpos

d’água superficiais para serem utilizados à jusante em sua forma diluída e de

maneira controlada, no intuito de algum uso benéfico.

e) Reúso direto planejado de água: ocorre quando os efluentes, após devidamente

tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do

reúso. Assim, sofrem em seu percurso os tratamentos adicionais e armazenamentos

necessários, mas não são, em momento algum, descarregados no meio ambiente.

f) Reciclagem de água: é o reúso interno da água, antes de sua descarga em um

sistema geral de tratamento ou outro local de disposição, para servir como fonte

suplementar de abastecimento do uso original. É um caso particular do reúso

direto.

Já outros autores, como WESTERHOFF (1984), tentam simplificar tais conceitos

classificando reúso de água em potável e não potável, simplesmente. Por sua praticidade e

facilidade, essa classificação foi adotada pela Associação Brasileira de Engenharia Sanitária

(ABES), seção São Paulo, tendo sido amplamente divulgada em sua série Cadernos de

Engenharia Sanitária e Ambiental em 1992.

60

GOMES (2002) em sua tese de mestrado intitulada Procedimentos para Minimização

de Efluentes Aquosos, adotou terminologia e conceitos para o reúso que consideramos os mais

adequados para o entendimento da aplicação das metodologias e tecnologias utilizadas na

indústria:

a) Reúso: caracteriza-se pela utilização do efluente em mais de uma operação unitária

de forma seqüencial sem que haja qualquer intervenção no fluido, conseguindo-se

atender à operação seguinte e reduzir o consumo de água primária (figura 9a).

b) Regeneração com reúso: nesse caso há uma intervenção no efluente antes da

utilização na operação seguinte. Normalmente, é feita a remoção parcial de

contaminantes, havendo além do benefício da redução do consumo de água

primária e do volume de efluente final, a diminuição da carga poluidora (figura

9b).

c) Regeneração com reciclo: após intervenção para remoção do contaminante, o

efluente retorna para o mesmo processo que o originou. Também nesse caso,

haverá o beneficio da redução de carga poluidora (figura 9c).

61

Figura 9 - Minimização de água Fonte: GOMES (2002).

GOMES (idem) alerta para a importância de diferenciar a regeneração com reúso da

regeneração com reciclo, uma vez que no reciclo poderá ocorrer o acúmulo de contaminantes

indesejáveis não removidos na regeneração.

OPERAÇÃO 1

OPERAÇÃO 2

OPERAÇÃO 3

OPERAÇÃO 2

OPERAÇÃO 3

OPERAÇÃO 2

OPERAÇÃO 1

OPERAÇÃO 1

OPERAÇÃO 3

REGENERAÇÃO

REGENERAÇÃO

( a )

rejeito

( c )

( b )

rejeito

rejeito

agua primária

água primária

agua primária

62

Uma vez estabelecidos os conceitos de reúso de água, podemos então abordar os

métodos, práticas e técnicas mais aplicadas no segmento industrial e sua viabilidade nas

refinarias de petróleo brasileiras, que em última análise é um dos objetivos da pesquisa.

Na abordagem que faz sobre minimização de efluentes de refinarias, FRAYNE (1992)

aponta os limites mais rígidos dos órgãos de controle americanos, NPDES (National Pollutant

Discharge Elimination System), TCLP (Toxic Characteristic Leaching Procedure) e NESHAP

(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants) como os principais motivadores

do ressurgimento do interesse em reúso de água tornando-a uma opção atrativa. A maioria da

literatura sobre práticas de reúso, inclusive o Manual sobre Reúso de Água do Instituto

Americano de Petróleo (API’s Manual on Water Reuse), foi lançada em meados dos anos 70

após o estabelecimento de legislação específica (Clean Water Act) pela EPA, quando o

interesse na zero discharge atingiu seu pico. Na ocasião, predominavam as aplicações

primárias de efluentes municipais nos setores de irrigação agrícola e recreacional, sendo que o

principal interesse com esta água reutilizada dizia respeito ao controle da possível

contaminação por vírus, bactérias e patogênicos.

Ao abordar tecnologias de reúso, MANCUSO (2003) lista várias operações unitárias

utilizadas tradicionalmente no tratamento de água para utilização industrial e enquadramento

de efluentes em corpos hídricos como tecnologias de reúso. Ou seja, devemos entender que

não há tecnologias de tratamento desenvolvidas especificamente objetivando o reúso da água.

As tecnologias utilizadas em reúso são um conjunto de operações unitárias conhecidas

podendo formar diversos arranjos seqüenciais para atender a objetivos específicos, dentre os

quais o reúso de água. Portanto, quando se trata de reúso de água, dada a grande variabilidade

da fonte, que pode ser desde esgoto bruto até despejos razoavelmente diluídos, como da

própria finalidade a que se destina o efluente tratado, ou tipo de reúso pretendido, é grande

também a variedade de sistemas, ou seqüências de processos possíveis de serem concebidos.

O tratamento secundário dos esgotos urbanos de uma comunidade, por exemplo, pode ser tão

somente uma fase de um sistema de tratamento de reúso.

A Veolia-USFilters ao oferecer serviços de engenharia para indústria de petróleo,

sintetiza através do Recycle/Reuse Technology Map, seqüências possíveis para reúso de água

na indústria evidenciando as tecnologias usuais como mostra a figura 10.

63

Figura 10 - Seqüência de reúso proposta pela Veolia

Fonte: O próprio autor, adaptado de catálogo do fornecedor.

Cada uma dessas etapas do tratamento pode ser realizada por tecnologias já

consagradas como segue:

1) Remoção de óleo e graxa: Separadores API, Filtro Shell, Separador de

Precipitação Contínua, Ultrafiltros Poliméricos, Microfiltro Cerâmico, Flotação Ar

Dissolvido, Flotação Ar Induzido

2) Remoção inorgânica: Clarificador de contato de sólidos, Separador Lamella,

Separador Polimérico, Precipitação, Oxidação/Reducão.

3) Tratamento biológico: Estripagem Ar/Vapor, Tratamento Anaeróbico, Filtro

Biológico, Biodiscos rotativos, Lodos Ativados, Sistema de Tratamento de

Efluentes PACT®, Nitrificação/Denitrificação, Ultrafiltração Polimérica, Adsorção

com carvão, Sistema de remoção Clerify®.

4) Tratamento terciário: Filtração de meios múltiplos, Filtração ascendente, Filtração

com carvão, Filtração de areia por gravidade, Filtração polimérica, Filtração

8

Disposição/ Recuperação

Torre de resfriamento Processo/Fabricação

Água de incêndio Utilidades

Pré-tratamento p/ desmineralização Manipulação

de Sólidos

Recuperação de

Óleo

Concentrador Salmora

Desmineralização

Tratamento Terciário

Remoção Inorgânica

Tratamento Biológico

Alimentação da Caldeira

Remoção de Óleo e Graxa

Esgoto

1 2 3 4

5

6

7

9

64

cerâmica, Ultrafiltração, Clarificador por adsorção, Filtração com cartuchos, Filtros

de mangas.

5) Pré-tratamento para desmineralização: Troca iônica seletiva, Abrandamento,

Adsorvedores poliméricos, Desinfecção, Remoção desinfetante, Antiscalants,

Modificação de pH, Radiação Ultravioleta, Degaseificação.

6) Desmineralização: Osmose Reversa, Troca Iônica, Evaporação, Deionização

Contínua, Nanofiltração

7) Concentração da salmora: Recompressão Mecânica, Cristalizador Evaporador,

Concentrador de Salmora, Circulação Forçada.

8) Manipulação de sólidos: Adensamento por gravidade, Filtro de Correia, Filtro

Prensa, Secador de Lodo, Sistema de regeneração de ar úmido.

A definição dos componentes de um sistema de reúso pode ser estabelecida pela

experiência anterior do projetista, por ensaios de laboratório, por informações bibliográficas

ou pela combinação desses fatores.

RICHARD (1998), partindo de esgotos urbanos brutos de origem predominantemente

doméstica, propõe seqüências de processos que resultam num efluente com características

determinadas, em razão do desempenho previsto para cada processo unitário.

Segundo o autor, essas seqüências de processos produzem efluentes com qualidade

variada para usos benéficos potenciais. Em cada seqüência, a ordem dos processos é baseada

em experiência comprovada através da operação de instalações e das inter-relações entre os

processos.

De forma geral, os processos unitários são acrescentados sucessivamente, formando

sistemas de tratamento para que se obtenham graus de depuração cada vez maiores e,

portanto, melhor qualidade para o efluente.

A partir de um nível mínimo de qualidade do efluente de tratamento de esgotos

urbanos predominantemente doméstico, constituído de gradeamento e decantação primária,

RICHARD (idem) sugere uma seqüência de processos unitários que torna possível sua

reutilização em diversos outros níveis de atendimento como mostrado no quadro 2 e na tabela

13.

65

Nível Descrição 1 Tratamento primário 2 Lodos ativados convencionais e desinfecção 3 Combinação de filtro biológico e lodos ativados e desinfecção 4 Aeração prolongada e desinfecção 5 Secundário seguido das recomendações do “título 22 do código da

califórnia”(1) e desinfecção 6 Secundário seguido de filtração direta e desinfecção 7 Secundário, filtro dynasand e desinfecção 8 Secundário, filtro dynasand ® (2), remoção de fósforo e desinfecção 9 Processo eimco bardenpho ® (3) e desinfecção

10 Secundário seguido de filtro dynasand ®, adsorção e desinfecção 11 Secundário, filtro dynasand ®, adsorção, osmose reversa e desinfecção 12 Secundário seguido de recarbonatação, osmose reversa e desinfecção

Obs.: (1) normas do Department of Health Services que disciplinam conjuntos de processos e operações aplicáveis ao reúso; (2) filtração por contato; (3) sistema de filtro biológico

Quadro 2 - Níveis de tratamento e descrição dos sistemas Fonte: RICHARD (1998).

Tabela 13 - Concentração esperada por nível de tratamento

Concentração dos parâmetros (1) Nível SST(2) DBO(3) NH3(4) NO3(5) PO4(6) COT(7) SDT(8) Dureza(9) Coliformes(10)

1 80 120 NA NA NA NA NA NA NA 2 20 20 NA NA NA NA NA NA <23 3 10 10 NA NA NA NA NA <23 4 10 10 5 NA NA NA NA NA <23 5 10 10 5 NA NA NA NA NA <2,2 6 10 10 5 NA NA NA NA NA <2,2 7 10 10 5 NA NA NA NA NA <2,2 8 10 10 1 2 2 NA NA NA <2,2 9 10 10 1 2 2 NA NA NA <2,2

10 <2 <2 1 2 2 <5 NA NA <2,2 11 <1 <1 <1 <1 2 <2 <50 <10 <2,2 12 <1 <1 <1 <1 2 <2 <50 <10 <2,2

Obs.: (1) mg/L, salvo onde indicado; (2) sólidos suspensos totais; (3) demanda bioquímica de oxigênio; (4) nitrogênio amoniacal; (5) nitrogênio de nitrato; (6) fosfato; (7) carbono orgânico total; (8) sólidos dissolvidos totais; (9) dureza em CaCO3; (10) coliformes totais/100 ml; (NA) não aplicável. Fonte: MANCUSO (2003 adaptado de RICHARD, 1998).

66

A seqüência de operações e processos pode na realidade constar de uma única

operação, como remoção de sólidos sedimentáveis por decantação até um conjunto

relativamente amplo que inclui oxidação biológica, coagulação química, filtração, remoção de

sólidos dissolvidos, desinfecção etc.

Algumas dessas seqüências já são clássicas, tanto no tratamento de despejos como de

água para abastecimento público, e por esse motivo são conhecidas por termos consagrados

como tratamento primário e secundário, no caso de despejos, e tratamento convencional, no

caso de água para abastecimento público (MANCUSO, 2003).

Dos processos e operações unitárias, listamos a seguir alguns dos mais citados na

literatura de tratamento dos recursos hídricos, com breve descrição de seus objetivos. Cabe

ressaltar que, embora não seja finalidade desse trabalho aprofundar-se na análise dos

processos e operações unitárias que compõem um sistema para reúso, consideramos

necessária a lembrança da conceituação desses processos para melhor entendimento das

possibilidades e conclusões finais do trabalho.

a) Lagoas de estabilização:

Trata-se de reservatórios construídos para tratamento biológico de esgotos.

Apresentam diversas configurações e a natureza dos processos podem ser muito diferentes,

guardando pouca relação entre si. Segundo MONTENEGRO (1980), podem ser classificadas

como lagoas aeradas, aeróbias, lagoas aeradas facultativas, lagoas anaeróbias, lagoas

facultativas e lagoas de maturação. O tratamento de esgotos por lagoas de estabilização

consiste numa boa prática para anteceder outros processos unitários, independentemente da

modalidade de reúso almejada, sendo particularmente recomendado para o Brasil em virtude

do clima e dos custos mais baixos do que os de tratamentos alternativos. As lagoas de

maturação são tanques que recebem o efluente de estações de tratamento convencionais ou de

outras lagoas, e são empregadas para “polir” o efluente, reduzindo principalmente os sólidos

sedimentáveis e os organismos patogênicos. Podem ser consideradas como dispositivos de

tratamento terciário, não se destinando à estabilização da matéria orgânica, mas a uma

melhoria na qualidade do efluente de instalações de tratamentos secundário.

b) Filtros biológicos:

É uma estrutura, normalmente de concreto, que contém no seu interior um enchimento

de pedras ou de plástico, que serve como leito sobre o qual o esgoto é aspergido. O esgoto

67

escorre através do leito, propiciando o desenvolvimento de uma população biológica que se

acumula sobre as pedras do filtro sob a forma de uma película de lodo, no interior da qual

vivem os microorganismos aeróbios, que consomem a matéria orgânica. Ao morrerem, por

falta de alimento, esses organismos desprendem-se das pedras, sendo retidos no decantador

que normalmente vem após essa unidade. O filtro biológico é um processo de tratamento

secundário de operação relativamente simples. Entretanto, por ser muito sensível às oscilações

da qualidade dos esgotos afluentes, requer um bom controle operacional. O desempenho dos

decantadores secundários, integrantes do processo de filtração biológica, é fundamental na

performance das unidades subseqüentes. O filtro biológico, se cuidadosamente operado e

monitorado, tem boa aplicabilidade de reúso em casos em que a DBO solúvel não é um

parâmetro crítico, como na irrigação.

c) Lodos Ativados:

É um processo biológico no qual o material orgânico é utilizado como alimento pelos

microorganismos. Isso é feito por meio da agitação e aeração da mistura esgoto e lodo

biológico (microorganismos) em tanques de aeração ou reatores, seguindo-se a separação do

esgoto tratado por decantadores secundários, de onde uma parte do lodo retorna ao tanque de

aeração, descartando-se o excesso. Existem variações tradicionais no processo de lodos

ativados, conhecidos por aeração plug flow com introdução contínua de ar ao longo do

comprimento do tanque, mistura completa em que o afluente e o retorno do lodo são

introduzidos em toda a massa líquida garantindo uma demanda uniforme em todo o reator e

tornando o processo mais estável às cargas de choque. Uma variação do sistema de pistão

(plug flow) é a chamada aeração escalonada em que o afluente é introduzido no reator em

vários pontos ao longo de seu comprimento, o que resulta numa utilização mais eficiente do

oxigênio administrado. Outra variação no sistema dos lodos ativados é a chamada aeração

prolongada, caracterizada por longos períodos de aeração e altas concentrações de sólidos em

suspensão no tanque de aeração para garantir respiração endógena e um efluente altamente

nitrificado.

d) Coagulação, floculação e sedimentação:

Consiste na remoção de sólidos e na precipitação de poluentes pela dosagem de

produtos químicos, seguido de uma mistura rápida para dispersá-los e mistura lenta para

68

promover a formação de flocos sedimentáveis em unidades de decantação. Esses processos

foram abordados anteriormente ao tratar-se do método convencional para tratamento de água.

e) Recarbonatação:

Processo que tem sido utilizado na remoção de fósforo por coagulação, ou então após

a decantação com cal para proteção das instalações contra os eventuais depósitos de cálcio

que ocorrem com pH elevado. Trata-se da aplicação de gás carbônico (CO2) no efluente

tratado com cal, objetivando a diminuição do pH, para que os hidróxidos produzidos passem a

carbonatos e bicarbonatos. A recarbonatação normalmente é feita após os processos de

coagulação e floculação com cal.

f) Filtração:

Consiste na passagem do efluente através de leito de material granular para remoção

de sólidos, o que exige eventuais lavagens com água em contra-corrente para remoção do

material retido. É um processo-chave na produção de efluente de alta qualidade, combinando

mecanismos físicos e químicos de remoção de sólidos, sendo por isso normalmente usado

como uma etapa final imediatamente antes da desinfecção e da disposição final ou reúso. Para

determinados usos da água, a filtração pode preceder a alguns processos mais avançados, tais

como adsorção em carvão ativado e troca iônica. A eficiência da filtração depende,

fundamentalmente, do tamanho e da resistência dos flocos formados nos processos que a

precedem. Flocos de lodos ativados formados depois de pelo menos 10 horas de aeração são

facilmente removidos, enquanto flocos provenientes de filtros biológicos e de processos

químicos de coagulação e floculação, via de regra, são mais frágeis, de remoção mais difícil,

exigindo muitas vezes a adição de produtos que aumentam a resistência do floco e a

performance do filtro.

g) Processo de remoção de amônia por arraste (ammonia stripping):

Entre os métodos conhecidos de remoção de nitrogênio de águas residuárias, o sistema

de arraste com ar é o mais simples e o de mais fácil controle. Esse processo remove o gás de

amônia da água por agitação da mistura gás-água, na presença do ar. O nitrogênio presente

sob a forma de íon amônio é convertido a gás amônia, quando o pH da solução é aumentado,

após o que é liberado da solução em uma torre de arraste equipado com sopradores de ar ou

ventiladores. A remoção do nitrogênio amoniacal através de torres de arraste de ar é um

69

método simples. Pode ser usado em sistemas de tratamento de reúso de água onde se deseja

uma redução moderada da concentração de nitrogênio amoniacal, ou em série com outros

processos de remoção, caso se desejem concentrações maiores.

h) Remoção de amônia por cloração no ponto de ruptura (breakpoint):

Esse processo possibilita a oxidação direta do nitrogênio amoniacal a nitrogênio

gasoso, através de uma reação com cloro denominada cloração no breakpoint.

2 NH3 + 3HOCl → N2 + 3H+ + 3Cl- + 3H2O

Estequiometricamente nesse processo são necessárias 7,5 partes de cloro para cada

parte de nitrogênio amoniacal oxidada, sendo 10:1 a relação prática. Nessas condições, para

efluentes de tratamento secundário, são necessários 250 mg/L de Cl2 para a oxidação de 25

mg/L de nitrogênio amoniacal, normalmente presente nesses efluentes. Por outro lado, para a

neutralização dos ácidos formados, tanto na reação de oxidação quanto na hidrólise do Cl2 a

HOCl, são necessários 260 mg/L de Ca(OH)2 ou 380 mg/L de carbonato de sódio para os

referidos 250 mg/L de Cl2. Até concentrações de 25 mg/L de nitrogênio amoniacal, o

breakpoint é atingido relativamente rápido, ou seja, 90% em 5 minutos a pH em torno de 7,0 e

temperatura próxima de 20oC, o que implica a necessidade de tanques de contato

relativamente pequenos. Normalmente, esses tanques são projetados para períodos de 1

minuto.

Um problema que deve ser considerado, quando se utiliza a cloração no breakpoint a

concentrações de 250 mg/L de Cl2 e 260 mg/L de hidróxido de cálcio, é o aumento da

salinidade que corresponde a 400 mg/L da dureza em cerca de 300 mg/L de CaCO3, o que

pode comprometer os processos unitários subseqüentes. Embora essa técnica seja bastante

usada, principalmente no Brasil, em altas concentrações de nitrogênio amoniacal, ela pode ser

a longo prazo bastante onerosa. MORRIS (1983 apud MANCUSO, 2003) indica como limite

de concentração econômica valores da ordem de 2 a 3 mg/L de nitrogênio amoniacal. O

processo de cloração ao breakpoint pode remover virtualmente todo nitrogênio amoniacal

presente nos efluentes de esgoto, embora, no ponto de vista econômico, não seja indicado para

grandes concentrações de nitrogênio amoniacal (CULP, 1980 apud MANCUSO, 2003).

70

i) Ozonização:

É amplamente usada na Europa, nos processos de desinfecção de água potável.

Atualmente seu uso, em tratamento de esgoto, vem aumentando rapidamente, existindo

somente nesse continente cerca de mil instalações (CULP, 1980 apud MANCUSO, 2003).

Além de o seu alto poder oxidante, o ozônio é poderoso desinfetante de ação não seletiva,

porém bastante instável, decompondo-se rapidamente pela ação do calor em razão da fraca

ligação entre os átomos de oxigênio da sua molécula. No caso de tratamento de águas

residuárias, sua instabilidade tem um aspecto positivo, que é acrescentar oxigênio dissolvido à

água, entretanto essa mesma característica tem conotação negativa por não permitir sua

estocagem, exigindo sua geração junto ao ponto de aplicação, e por não persistir na água sob

forma residual. Em sistemas de reúso, a utilização do ozônio é indicada em aplicações onde

são desejáveis altos níveis de desinfecção, incluindo a destruição de vírus cloro-resistentes e

cistos. Também é indicado onde se deseja controlar a formação de compostos organoclorados.

j) Adsorção em carvão ativado:

É utilizado no tratamento avançado de esgotos para remoção de materiais orgânicos

solúveis que não são eliminados nos tratamentos anteriores. Essas substâncias orgânicas, ditas

refratárias, são passíveis de ser adsorvidas na superfície dos poros das partículas de carvão,

até que sua capacidade de adsorção se exaure, sendo necessária sua regeneração ou

reativação. Esse processo também é utilizado para remoção de compostos inorgânicos como

nitrogênio, sulfeto e metais pesados. Nos sistemas de tratamento avançado, a adsorção em

carvão ativado geralmente vem após a filtração e, às vezes, após a cloração no ponto de

ruptura. Isso porque partículas do material em suspensão obstruem os poros de carvão, e a

cloração, nesse ponto, minimiza a possibilidade de crescimento de bactérias anaeróbias em

sua superfície.

Além disso, o carvão ativado reduz o cloro residual, evitando a necessidade de

descloração. A adsorção em carvão ativado é usada onde se requer tratamento em alto grau.

Pode ser usado sob a forma granulada (GAC – Granular Activated Carbon) em que o líquido

é passado através de uma coluna de leito fixo, ou sob a forma pulverizada (PAC – Powdered

Activated Carbon).

Seu uso tem sido adotado em diversas fases do tratamento, como após o tratamento

biológico para remoção de matéria orgânica, ou após tratamento físico químico por

coagulação, floculação, sedimentação e filtração, que remove o material que poderia obstruir

71

seus poros. Esse último arranjo é particularmente indicado para remoção de poluição

industrial, inibidora do tratamento biológico. ABE et al. (1981) cita experiência da Toa Oil

Co., destacando como elementos de atratividade em sistema de carvão ativado implantado na

refinaria de Kawasaki a alta capacidade de remoção de DQO a um baixo custo operacional de

água tratada. Os custos estão divididos em 43% para reposição do carvão, 22% de

manutenção, 3% de eletricidade, 29% de reativação e 3% de custos de tratamento da água de

lavagem (backwash). O sistema reduziu os níveis de DQO na entrada do sistema de cerca de

200 ppm para 10 ppm na saída.

Um processo utilizado atualmente combina o uso de carvão ativado em pó com o

processo de lodo ativado. Nesse processo, quando o carvão ativado é adicionado diretamente

no tanque de aeração, a oxidação biológica e a adsorção física ocorrem simultaneamente

(METCALF & EDDY, 2003).

l) Troca iônica:

A troca iônica é uma unidade de processo na qual os íons de uma determinada espécie

são deslocados por íons de espécie diferente na solução. O processo é amplamente utilizado

no abrandamento de água, onde os íons sódio de uma resina catiônica são substituídos pelos

íons cálcio e magnésio da água, reduzindo assim sua dureza. A troca iônica pode ser utilizada

em aplicações de tratamento de efluentes, para remover nitrogênio, metais pesados e sólidos

totais dissolvidos.

Para controle de nitrogênio, são normalmente removidos os íons amônio e nitrato.

Consiste na troca seletiva dos íons amônio (NH4+) através de uma resina mineral –

clinoptilolite – que tem maior afinidade por esse íon do que Ca++ ou Mg++ ou Na+. A

passagem de esgotos domésticos, pré-decantados e filtrados, através de leitos de 2,5m de

altura dessa resina à velocidade de 24 a 30 cm/min, tem apresentado remoções de 93 a 97%

de NH4+, o que representa uma capacidade efetiva de 6,0 mg de nitrogênio amoniacal por

mililitro de resina, correspondendo a uma relação de 200 volumes de resina. A regeneração da

clinoptilolite é feita com solução de NaCl 0,1M supersaturada com Ca(OH)2. O NH4+ é

liberado da resina na forma de NH3 em virtude do alto pH da solução sendo removido da

solução regeneradora através de ammonia stripping, com ar aquecido (MANCUSO, 2003).

72

m) Processos de separação por membranas semipermeáveis:

O uso de membranas semipermeáveis é relativamente recente no campo da purificação

de água. A observação de tecidos de vegetais e animais inspirou a engenharia de sua

fabricação.

n) Métodos de integração de processos:

O reúso da água nos processos requer uma ampla análise de contaminantes das

correntes hídricas. Em sistemas mais complexos como refinarias de petróleo e plantas

petroquímicas, o número de arranjos possíveis e de opções técnicas para minimização dos

efluentes requer instrumentos que possam auxiliar os engenheiros de processo na elaboração

de projetos otimizados. A integração dos processos é, portanto, um caminho praticamente

inevitável para a obtenção de melhores resultados.

Várias metodologias de projeto de processos industriais têm sido desenvolvidas sob a

“chancela” de integração de processo. Essas metodologias, em geral, não visam criar novos

tipos de equipamentos ou operações unitárias. Na verdade, elas buscam garantir que as

tecnologias de processo existentes sejam selecionadas e inter-relacionadas da forma mais

efetiva. Por exemplo, a montagem de uma rede de trocadores de calor com um balanço

otimizado quanto aos custos de capital e energia.

Tipicamente, os procedimentos são iniciados com uma visão do processo como um

todo, ao invés de focalizar uma operação unitária individual ou parte de um equipamento.

Dessa forma, uma estrutura correta pode ser desenvolvida para a planta toda, com itens

individuais de equipamentos sendo montados nessa estrutura. Essa metodologia tem sido

aplicada com sucesso há muitos anos nas atividades de minimização de custos, com ênfase no

equilíbrio entre os custos de capital e de operação (ROSSITER, 1995). Ainda para

ROSSITER (idem), uma das principais características das técnicas de integração de processos

é que elas aumentam a eficiência do processo ao minimizar o uso e/ou maximizar a

recuperação de energia e materiais. Isso as relaciona diretamente com os objetivos da

prevenção de poluição.

Segundo MANN E LIU (1999), a integração de processos é baseada em três princípios

chaves:

73

− Considerar todo o processo de produção como um sistema integrado único para

análise e projeto.

− Aplicar os princípios de engenharia de processo para as etapas chaves e estabelecer

a priori os pontos para utilização de materiais e energia, bem como de emissões e

perdas.

− Finalizar os detalhes do processo para atender a análise integrada e atingir as metas

estabelecidas.

As metodologias de integração de processos podem ser classificadas sob três títulos

principais: análise pinch, aproximações baseadas no conhecimento (knowledge-based

approaches) e otimização gráfica/numérica (GUNDERSEN E NAESS, 1987 apud

ROSSITER, 1995).

Para ilustrar a otimização de uma rede de água, o CEDRL (CANMET Energy

Diversification Research Laboratory), Laboratório de Pesquisa e Diversificação Energética

do Canadá, apresenta o exemplo do tingimento de tecidos de uma tinturaria (figuras 11, 12 e

13). O processo pode ser dividido em três operações principais:

− lavagem da tela,

− tingimento e

− enxágüe.

A água é o agente de cada uma dessas operações. Uma vez que as tinturarias

consomem grandes volumes de água a altas temperaturas, ganhos significativos podem ser

alcançados em diversas áreas pela redução do consumo de água. A primeira fase no processo

para reduzir o consumo de água é identificar as etapas no processo onde vazamentos e

desperdícios podem ocorrer. Grandes quantidades de água podem ser economizadas pela

eliminação de vazamentos e mudanças de hábitos dos empregados. Uma vez essas tarefas

tenham sido realizadas, um estudo mais rigoroso deve ser feito para identificar outras

oportunidades de redução de consumo de água.

Para fazer isso, dois caminhos podem ser seguidos. O primeiro consiste em modificar

as operações unitárias para consumir menos água. Esse caminho necessita da troca de alguns

equipamentos por outros que consumam menos água e/ou modificações nos métodos

operacionais. Os custos podem ser mais altos se alguma substituição de equipamento for

necessária, de forma que o reúso da água pode não ser economicamente atrativo. O segundo

caminho é otimizar a rede de água para reutilizar alguns dos processos. Esse caminho, se

utilizado sistematicamente e rigorosamente, constitui uma tecnologia de integração de

74

processo, uma vez que seu objetivo é melhorar as inter-relações no processo sem mudar as

operações unitárias.

O exemplo da tinturaria foi escolhido para ilustrar a natureza da otimização de rede de

água, mas o mesmo caminho pode ser aplicado na maioria dos processos que consomem

grandes quantidades de água e geram efluentes. Assim, observa-se na figura 11, utilizada

como “Caso Base”, que a água fresca é enviada para cada operação unitária; todo efluente é

coletado e tratado em um sistema de tratamento centralizado. Na figura 12, pode-se observar

que são feitas mudanças e/ou trocas nas operações unitárias tais que menos água seja

consumida na realização das tarefas; o consumo total de água é reduzido, mas grandes

investimentos podem ser necessários nas modificações ou substituição dos equipamentos. Na

alternativa apresentada na figura 13, no reúso da água de processo, nenhuma modificação é

feita nas operações unitárias; elas consomem a mesma vazão de água que na figura 12, mas

parte da água de processo é reutilizada para reduzir o consumo total de água fresca e,

conseqüentemente, diminui a produção de efluente. Uma metodologia sistemática deve ser

utilizada tal que leve em conta as restrições do processo. Em alguns casos um tratamento

parcial de algumas correntes de água devem ser providenciadas para permitir sua reutilização.

Figura 11 - Caso Base Fonte: CEDRL, 1999

Sistema de tratamento de

efluentes

Operação 2 (tingimento)

Operação 1 (lavagem)

Operação 3 (enxágüe)

Água fresca (130 m3/h)

30 m3/h

Água tratada (130 m3/h)

60 m3/h

40 m3/h

40 m3/h

30 m3/h 60 m3/h

75

Figura 12 - Modificação das operações unitárias Fonte: CEDRL, 1999

Figura 13 - Reúso da água de processo Fonte: CEDRL, 1999


efluentes

Operação 2 Modificada





45 m3/h

30 m3/h

30 m3/h

25 m3/h 45 m3/h

25 m3/h

30 m3/h


efluentes

Operação 2 (tingimento)

Operação 1 (lavagem)

Operação 3 (enxague)



30 m3/h

40 m3/h

10 m3/h

30 m3/h 60 m3/h

30 m3/h

76

As metodologias baseadas em Programação Matemática e Procedimento Algorítmico

surgiram em meados dos anos 90, com diversos trabalhos publicados enfocando a redução da

poluição através da minimização do descarte de efluentes líquidos aquosos com abordagens,

principalmente, na análise de redes de transferência de massa, envolvendo processos como a

troca iônica, adsorção, absorção, extração líquido-líquido etc., e a análise de redes de

equipamentos cujas operações não são consideradas como de transferências de massa. Nesse

bloco, estão incluídas as operações de lavagem, geração de vapor ou água e operações de

resfriamento.

Com a crise mundial de energia no final dos anos 70, um procedimento gráfico

denominado Pinch Technology foi desenvolvido na Universidade de Manchester objetivando

a otimização em redes de trocadores de calor. O método pinch está baseado em princípios

termodinâmicos e integração dos processos. Nas últimas duas décadas, aumentou-se o número

de tecnologias que utilizam a integração de processos. Foram desenvolvidas tecnologias de

integração de processos para otimizar colunas de fracionamento em refinarias, processos

descontínuos (batelada), gerenciamento de hidrogênio em refinarias, projeto de sistemas de

reatores etc. Recentemente, tecnologias de otimização da rede de água industrial e energia

foram desenvolvidas.

Assim, além das aplicações em conservação de energia, novas aplicações foram

desenvolvidas objetivando a minimização do uso de água e redução na geração de efluentes.

Essa variante da pinch technology surgida em 1994 é usualmente conhecida como water

pinch, ou ainda, Teoria do Ponto de Estrangulamento. Trata-se de um método para determinar

o consumo mínimo de água fresca e, conseqüentemente, a geração mínima de efluente. O

método é aplicado para otimização de rede de água utilizando como restrição de qualidade,

um único contaminante ou para diversos contaminantes considerados como um.

O método water pinch pode ser aplicado em quatro etapas, conforme sugerido pelo

CEDRL (1999):

− Montagem da rede de água a partir dos fluxogramas de engenharia, mostrando

todas as operações unitárias do processo em que a água é usada (inclusive

processos de utilidades) e todas as operações unitárias em que a água, contaminada

ou não, é produzida. Um balanço de massa deve ser feito para as correntes

principais.

− Os contaminantes mais importantes devem ser identificados (DQO, sólidos

suspensos, sólidos dissolvidos etc.). Um contaminante é definido como uma

substância que restringe o reúso do processo. As concentrações máximas aceitáveis

77

na entrada de cada operação unitária devem ser definidas, e as concentrações

resultantes na saída das operações unitárias também têm que ser avaliadas.

− Se forem identificados muitos contaminantes, tem-se que agrupar alguns deles para

reduzir a complexidade do problema, assumindo o conjunto como um único

contaminante.

− Aplicar a tecnologia water pinch para determinar uma nova configuração que

permitirá reduzir o consumo de energia e água fresca. O projeto então obtido deve

ser avaliado, para se necessário, alterar alguma restrição e obter o projeto mais

prático.

− Repetir a etapa 4 até que o projeto ideal seja obtido.

A figura 14 mostra uma operação unitária de evaporação com suas correntes de

entrada e saída, com diferentes vazões e concentrações. Para uma dada operação unitária,

podem haver muitas correntes de água, com diferentes vazões e concentrações para cada uma

delas. Por exemplo, na saída da operação 1 há duas fontes de água disponíveis para reúso no

processo e somente uma demanda (a soma das duas correntes de entrada após mistura, ou

seja, 30 m3/h e 133,3 ppm).

100 ppm

400 ppm

800

Operação 1 10 m3/h

15 m3/h

10 m3/h

20 m3/h

200 ppm

Figura 14 - Correntes de entrada e saída Fonte: O próprio autor.

Para realizar-se o estudo através da water pinch, os dados podem ser utilizados

diretamente para ajustar-se os valores de concentração e vazão máximos para entrada e saída

da operação. Caso se possa considerar uma concentração máxima mais alta na entrada da

operação, a concentração máxima de saída deve ser avaliada com respeito aos novos valores

para concentração de entrada. Em muitos casos, os mesmos valores são mantidos para

concentrações de entrada e saída para evitar perturbar o processo.

78

O método é ilustrado graficamente nas figuras 15 e 16. As vazões são indicadas no

eixo X, e a qualidade no eixo Y. Observe que o eixo está invertido, ou seja, a parte superior

representa água fresca enquanto a parte inferior representa a água contaminada. As correntes

de entrada de todas as operações unitárias estão agrupadas na curva “correntes de demanda”

enquanto que todas as correntes de saída são agrupadas juntas na “correntes fonte”. A

sobreposição entre as curvas indica as correntes fontes que podem ser diretamente retornadas

para as correntes de demanda.

efluente

Qua

lidad

e (p

pm)

Água fresca (0 ppm)

Água fresca

Correntes demandas

D

Vazão de água (kg/s)

Correntes fontes

Demandas internas

CA

B

Ponto Pinch

Correntes internas

Figura 15 - Análise pinch indicando formas de redução Fonte: CEDRL, 1999.

Na figura 15, a análise pinch indica as formas em que o consumo de água fresca pode

ser reduzido. Uma curva representando as correntes das fontes e outra representando as

correntes de demanda. A sobreposição entre as curvas (área marcada) indica o potencial para

reúso da fonte. A figura 16 aponta as ações específicas que podem ser tomadas para reduzir o

consumo de água fresca. Pela mistura das fontes A e B nas proporções certas para atingir a

concentração requerida pela demanda C, a sobreposição entre as curvas de demandas e fontes

é aumentada. Isto indica que um maior volume de água pode ser reutilizado e, portanto, o

consumo de água fresca reduzido. O projeto que resulta desta etapa do procedimento é

mostrado na base da figura.

79

efluente

Mist A+B

PPonto pinch

Qua

lidad

e (p

pm)

Água fresca (0 ppm)

Água fresca

D

Vazão de água (kg/s)

CA

B

Correntes internas

Operação A

Operação B

Operação D

Operação C mistura

Figura 16 - Análise pinch indicando ações específicas para redução Fonte: CEDRL, 1999.

A análise water pinch pode ser aplicada tanto para processos em batelada quanto

processos contínuos.

BROUCKAERT E BUCKLEY (2002) descrevem um estudo de caso da fábrica de

inseticidas Sanachem, subsidiária da Dow Chemicals em Kwazulu-Natal, onde produtos

fabricados em batelada envolvendo uma seqüência em vários reatores geravam efluentes

tóxicos. A disposição final desses efluentes era o principal problema ambiental obrigando seu

transporte, extremamente caro, para outra cidade. Portanto, a minimização dos rejeitos para

reduzir a quantidade de efluente tóxico tratava-se de um tópico de considerável interesse da

indústria. Como resultado da análise Pinch juntamente com outras medidas de minimização,

80

obteve-se uma redução global de 96 m3 por mês de efluente tóxico, 216 m3 de efluente não

tóxico e um aumento de 25% na capacidade de produção pela redução do tempo das

bateladas.

A tecnologia de integração de processos tem avançado significativamente desde os

anos 90. Em 1994 foram publicados por Y. P. Wang e Robin Smith da UMIST (University of

Manchester Institute of Science and Technology), Reino Unido, os primeiros artigos sobre

water-pinch technology no jornal científico Chemical Engineering Science.

Considerado um dos precursores da tecnologia, Smith, ao proferir palestra na

Petrobras em 26/05/2004, citou como um dos mais importantes exemplos de sucesso na

aplicação de water-pinch a modificação implementada na indústria Química Monsanto

(Gales) em 1994-1995, reduzindo a vazão de água fresca em 30%. A proposta inicial de uma

nova planta de tratamento de efluentes com custo de capital estimado em US$ 15 milhões não

foi aceita pela diretoria. Com uma abordagem focalizada na minimização de despejos,

minimização de água captada e tratamento distribuído, o projeto implantado teve um custo

total de capital da ordem de US 3,5 milhões, ou seja, uma redução de 75%, que incluíram

modificações internas na planta e tratamento final dos efluentes. Como resultado, houve a

redução de 30% no consumo de água com economia de US$ 0,3 milhão/ano, redução de 76%

da DQO (Demanda Química de Oxigênio) pela minimização de despejos com economia de

US$ 0,7 milhão/ano, permanecendo apenas 14% da DQO para remoção pelo tratamento de

efluentes. Com a utilização da Water Pinch Analysis nesse projeto, em 1995 a Monsanto

Company foi premiada pelo Instituto Britânico de Engenheiros Químicos com o Prêmio

Excelência em Segurança e Meio Ambiente.

Na indústria do refino de petróleo observa-se um esforço muito grande na busca de novas

tecnologias de reúso, principalmente naquelas situadas em regiões de pouca oferta de água.

A Pemex, maior empresa da América Latina com produção de 3,3 milhões de barris

em 2004 implantou em sua refinaria da cidade de Tula, no México, um sistema desenvolvido

pela Seghers Better Technology for Water para tratamento do efluente final visando reúso e

atingir a descarga zero. O sistema denominado Unitank Zero Discharge é composto de um

tanque com 3 compartimentos operados ciclicamente com aeração em 2 deles e sedimentação

no terceiro compartimento. A cada 3 horas a alimentação é invertida e o primeiro

compartimento, antes aerado, passa a funcionar como acumulador de lodo, enquanto os outros

dois são aerados.

81

Na contratação desse projeto, a Pemex optou pela modalidade “BOO” (Build, Own,

Operate) com operação terceirizada durante 12 anos.

Para reúso do efluente desse sistema biológico, adotou-se um pós-tratamento

convencional incluindo as etapas de coagulação, floculação, clarificação, filtração e

desinfecção, conforme a figura 17, mostrada a seguir.

Figura 17 - Sistema de reúso da Pemex em Tula Fonte: Revista Saneamento Ambiental, nº 61, nov./dez. 1999.

Nesse sistema da Pemex, os lodos biológicos são tratados em filtro prensa e

incinerados após atingirem 20% de matéria seca. Quanto aos lodos químicos, são recirculados

parcialmente para aumentar a floculação e também incinerados.

As tabelas 14 e 15 seguintes mostram resultados do tratamento.

neutralização in line

Tratamento primário Tanque de equalização DAF

2 x UNITANK de em estágio

Tanque de Equalização

2 x coagulação/ floculação/ clarificação

3x filtros de areia Água de lavagem

desinfecçãoArmazenagem

Refinaria (torres de resfriamento, lavagens, incêndio,etc)

82

Tabela 14 - Características do influente e do efluente do Unitank

Parâmetros Influente bruto Efluente biológico Vazão (m3/h) 864 – 1037 864 – 1037 DBO (mg/L) 150 < 25 DQO (mg/L) 730 < 100 TSS (mg/L) 30 < 30 TKN (mg/L) 23 < 20 TP (mg/L) 1 < 1 pH 6 – 9 6 – 9 Temperatura ( oC ) 30 30

Fonte: Pemex (Refinaria de Tula).

Tabela 15 - Características do influente e efluente (tratamento terciário)

Parâmetros Influente (após biológico) Efluente (após terciário) Vazão (m3/h) (médio) 864 – 1037 864 – 1037 DBO (mg/L) < 25 < 20 DQO (mg/L) < 100 < 80 TSS (mg/L) < 30 < 5 Dureza Ca++ 236 < 50 Dureza Mg++ 189 < 80 Dureza Total 425 < 130

Fonte: Pemex (Refinaria de Tula).

Pelos resultados mostrados nas tabelas, podemos observar que do ponto de vista legal

brasileiro, o efluente biológico não seria enquadrado sem um tratamento terciário, haja vista

que praticamente não há abatimento do Nitrogênio Kjeldhal. Portanto, parece-nos que o

sistema biológico Unitank só foi instalado com a condição do tratamento terciário para

descarga zero, ou seja, o sistema só pode funcionar com o terciário em linha. Os autores

apresentam como principal vantagem a eliminação de recirculação de lodos dos decantadores.

Isso leva a uma operação com baixos níveis de sólidos suspensos prejudicando a nitrificação e

maximizando o tratamento terciário para reúso.

Ao analisar mais especificamente a questão do reúso na Petrobras, TEIXEIRA et al.

(2002) observam duas linhas de pensamento na abordagem dos técnicos. Alguns defendendo

que o reúso deveria ser focado no efluente, ou seja, após eliminação da alta salinidade do

efluente final, buscar aplicabilidade da água. Outros entendendo que os recursos devem ser

canalizados para o reúso interno das águas de processo, uma vez que a economia de água

fresca é uma questão típica de processo, e que as implicações do redirecionamento de

83

correntes, instrumento dessa economia, exige análise do desempenho e confiabilidade das

unidades. Ao fazer uma análise de possibilidades na Revap, TEIXEIRA et al. (idem)

concluíram que a principal possibilidade de reúso é nos sistemas de resfriamento. No entanto, considera-se que este sistema deve ter o tratamento contra corrosividade e incrustações estudado em um projeto que seja desdobramento deste. Ao se dispor de eficácia neste tratamento, poderá ser reusado eventualmente até o próprio efluente da refinaria, sem nenhum tratamento adicional de remoção de contaminantes.

Foi desenvolvida neste projeto uma ferramenta para determinação do impacto deste

reúso nas composições de água de resfriamento. Embora seja recomendável uma obtenção

mais exaustiva de dados para obter-se maior exatidão, as previsões por ela fornecidas podem

balizar qualquer decisão de redirecionamento de correntes hídricas para águas de

resfriamento, segundo TEIXEIRA et al (idem).

Sintetizando, os tratamentos da água para fins industriais e dos efluentes gerados nos

processos produtivos são meios de se reduzirem ou remover totalmente as impurezas contidas

na água. A escolha de qualquer um ou de um conjunto de diversos deles depende da

concentração das impurezas, da qualidade desejável da água e de outras considerações de

ordem econômica.

O quadro 3 é uma síntese dos principais meios de remoção citados ao longo do

trabalho e sua principal aplicabilidade nas refinarias da Petrobrás.

Tecnologias de

tratamento Remoção específica Aplicação

Clarificação Remoção de turbidez Torres de resfriamento Filtração Remoção de sólidos suspensos Diversos e para potável Cloração (desinfecção) Microorganismos patogênicos Água potável Adsorção com carvão ativado

Compostos orgânicos refratários Proteção das cadeias de troca iônica e remoção de DQO em lodo ativado

Desmineralização Íons metálicos, Sólidos totais dissolvidos

Geração de vapor

Microfiltração Partículas até 0,1 μm Pré-tratamento para osmose reversa

Ultrafiltração Partículas até 0,01 μm Torres de resfriamento e diversos Nanofiltração Partículas até 0,001 μm - Osmose reversa Partículas até 0,0001 μm Geração de vapor de baixa e

média pressão Eletrodiálise Íons metálicos, SDT - Continua

84

Continuação Eletrodeionização Íons metálicos, SDT - Retificação(stripping) Amônia, gás sulfídrico, VOCs,

CO2 Pré-tratamento p/ETDI e recuperação de enxofre

Separação por gravidade Óleo e graxa Tratamento de efluente final e recuperação de óleo

Flotação Remoção de óleo e sólidos suspensos

Pré-tratamento p/sistema biológico

Centrifugação Separação de lodo Reúso de água Lagoas de estabilização Matéria orgânica Tratamento de efluente Filtros biológicos Matéria Orgânica Tratamento do efluente Lodos Ativados Matéria Orgânica Tratamento do efluente Recarbonatação Fósforo - Ozonização Demanda Química de Oxigênio -

Quadro 3 - Tecnologias de tratamento de água e efluentes nas refinarias da Petrobras Fonte: O próprio autor. 2.5 LEGISLAÇÃO APLICÁVEL AO REÚSO

A água no Brasil sempre foi tratada como bem inesgotável, mesmo na esfera jurídica,

haja vista que o Código de Águas instituído pelo Decreto no 24.643 de 10 de julho de 1934,

previa a propriedade privada de corpos d’água, assegurando ao proprietário o uso gratuito de

qualquer corrente ou nascente. Isso de uma certa forma dava ao cidadão o entendimento do

direito, por exemplo, de desviar um curso d’água que passasse em suas terras sem se

preocupar com as necessidades do vizinho a jusante. Os conflitos gerados sobre o uso das

águas eram tratados como meras questões de vizinhança. Apesar de vários de seus

dispositivos estarem revogados em decorrência de legislações posteriores (uso da água,

inclusive), o Código ainda se encontra em vigor.

Embora houvesse legislação específica de proteção ambiental no Brasil como o

Decreto Lei no 1.413/75, que dispõe sobre o controle da poluição ao meio ambiente, o Decreto

Lei no 76.389/75, que estabelece que o órgão controlador deverá definir critérios, normas e

padrões ambientais, ou ainda o Decreto no 79.367/77 que dispõe sobre normas e o padrão de

potabilidade de água, somente com a criação da Lei Federal 6.938/81 que dispõe sobre a

Política Nacional do Meio Ambiente, regulamentada pelo Decreto 99.274/90 que a questão

dos recursos hídricos passa a ter mais importância no meio industrial. No seu artigo 6o, a lei

cria o Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA) e, seu desdobramento termina por

estabelecer itens importantes no controle ambiental dos recursos hídricos, tais como o

85

estabelecimento de padrões de emissão e de desempenho, introduz alguns outros instrumentos

de planejamento ambiental como o zoneamento ambiental e a avaliação de impactos

ambientais e, determina a responsabilidade/penalidade para os casos de poluição.

Até então, a legislação hídrica permanecia voltada praticamente para as questões de

poluição ambiental que eram regulamentadas através de instrumentos de comando e controle,

assim chamadas pelos técnicos da área ambiental. A Lei 6938/81 estabelece como princípios

de execução da política de meio ambiente e, portanto, princípios norteadores das ações

governamentais, “incentivos ao estudo e pesquisa de tecnologias orientadas para o uso

racional e a proteção dos recursos ambientais", bem como a “racionalização do uso da água”.

Ainda assim, a água como recurso finito e, portanto, a necessidade de integração dos seus

usos com as questões de meio ambiente ainda não estavam claramente explicitadas na

legislação brasileira, no nosso entender.

Para FINK e SANTOS (2001), a consciência de que os recursos hídricos têm fim, e,

portanto, merecem um tratamento jurídico mais atento, ganha contorno definido com a

própria Constituição Federal de 1988 e a lei 9.433/97. Na avaliação dos autores, o principio

adotado na legislação brasileira da “preservação e restauração dos recursos ambientais com

vistas a sua utilização racional e disponibilidade permanente, concorrendo para a manutenção

do equilíbrio ecológico propício à vida”, em verdade, consagra princípios internacionais

contidos na Declaração de Estocolmo de 1972.

A grande mudança acontece efetivamente com a instituição da Política Nacional de

Recursos Hídricos através da Lei Federal no 9.433/97 que cria o Sistema Nacional de

Gerenciamento de Recursos Hídricos. Ao estabelecer seus objetivos e discorrer sobre seus

instrumentos básicos para a gestão dos recursos hídricos, a PNRH (1997) insere em seus artigos

itens de interelacionamento do uso racional da água com as questões ambientais de

sustentabilidade. Por exemplo, a necessidade de racionalizar o uso da água como forma de

garantir o abastecimento futuro da população é destacada nos artigos descritos a seguir: Art. 2o: São objetivos da Política Nacional de Recursos Hídricos: II – a utilização racional e integrada dos recursos hídricos, incluindo o transporte aquaviário, com vistas ao desenvolvimento sustentável. Art. 7o: Os Planos de Recursos Hídricos são planos de longo prazo, com horizonte de planejamento compatível com o período de implantação de seus programas e projetos e terão o seguinte conteúdo mínimo: IV – metas de racionalização de uso, aumento da quantidade e melhoria da qualidade dos recursos hídricos disponíveis. Art. 19o: A cobrança pelo uso de recursos hídricos objetiva: II – incentivar a racionalização do uso da água.

86

Os fundamentos da PNRH (idem) destacam-se de maior interesse na abordagem do

trabalho que ora elaboramos, e para auxiliar no seu julgamento final os associamos, no quadro

4, a exemplos que mostram sua importância na avaliação de projetos industriais:

Fundamento da PNRH Exemplos de ameaças ao status quo A água é um bem de domínio público A exclusividade do gerenciamento e utilização de

mananciais construídos, como a represa de Saracuruna passa a ser questionada uma vez que não há mais água de domínio privado no Brasil.

A água é um recurso natural limitado, dotado de valor econômico

Ao lhe ser atribuído valor econômico, a água deve passar a ser objeto de atenção especial na avaliação dos investimentos nacionais. A composição de índices econômicos estará sujeita ao custo da água que deverá ser diferenciado e de tendência crescente em função da disponibilidade local.

Em situação de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo humano e a dessedentação de animais

Regiões com população demográfica crescente e recursos hídricos limitados poderão estabelecer uma redistribuição dos usos da água, impactando de forma desfavorável o uso industrial.

A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas

A bacia hidrográfica é a unidade territorial básica

Quadro 4 - Principais impactos de fundamentos da PNRH Fonte: O próprio autor.

O desdobramento desses princípios aponta para a outorga dos direitos de uso de

recursos hídricos como importante instrumento de gestão e que certamente já está levando o

segmento industrial a repensar suas práticas de uso. A escassez de água determinará o regime

de outorga, e nesse contexto, a racionalização do uso da água, incluindo a eliminação do

desperdício, o reúso interno e a reciclagem do efluente final podem ser sem dúvida, opções a

serem viabilizadas. Caberá ao setor industrial, entretanto, exigir do Poder Público outorgante

incentivos para o desenvolvimento e substituição das tecnologias que venham a propiciar a

economia e preservação dos recursos.

PERES (2003) entende que a Política Nacional de Recursos Hídricos e o Sistema

Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, inseridos no contexto da questão ambiental

mais ampla, demandam uma revisão na atual gestão ambiental privada da água no setor

industrial e, com base nessa realidade propõe os seguintes fundamentos, diretrizes e

instrumentos para a gestão dos recursos hídricos na indústria:

87

(1) Fundamentos da política ambiental:

(a) a água é um bem público limitado e dotado de valor econômico;

(b) a água é um insumo estratégico de produção; e

(c) a responsabilidade social relativa à proteção dos recursos hídricos é um valor

ético e estratégico.

(2) Diretrizes gerais de ação para implementação da política:

(a) conhecer a disponibilidade hídrica, atual e futura, para captação e uso e para

assimilação de efluentes;

(b) racionalizar o uso da água, incluindo a eliminação de desperdícios e o reúso

interno;

(c) adotar tecnologias menos intensivas em água;

(d) reduzir a geração de poluentes na fonte, incluindo a adoção de práticas e

tecnologias limpas;

(e) praticar a reciclagem, incluindo o tratamento do efluente final para fins de

reutilização dos mesmos; e

(f) tratar o efluente final para lançamento no ambiente, onde e quando o reúso

interno, a redução da geração de poluentes na fonte e a reciclagem do afluente

final não apresentarem viabilidade técnica, econômica e ambiental.

(3) Instrumentos da gestão:

(a) a norma interna de gestão de efluentes e recursos hídricos;

(b) o plano de gerenciamento de efluentes e recursos hídricos;

(c) o treinamento para a conscientização e capacitação;

(d) a auditoria; e

(e) o sistema de informações sobre efluentes e recursos hídricos.

A gestão da alocação dos recursos hídricos, através dos Comitês de Bacia e das

Agências de Água, a quem cabe os estudos técnicos sobre disponibilidade de água e os

pareceres sobre as solicitações de outorga, poderá resultar em maior eficiência na alocação da

água efetivamente disponível do que tem havido até o presente. Isso aponta para a

88

necessidade dos usuários se anteciparem e conhecer a disponibilidade real de água, em lugar

de esperar a escassez “bater a sua porta” ou ter a sua solicitação de outorga reduzida ou

negada. A gestão interna dos efluentes e recursos hídricos e a identificação de fontes

alternativas de abastecimento podem não ser, por si só, suficientes para assegurar o

abastecimento de uma determinada unidade industrial. É importante conhecer, também, a

disponibilidade hídrica do manancial, atual e futura. Mais precisamente, é necessário fazer o

balanço entre as demanda global e a vazão outorgável do manancial, e construir cenários

sobre o comportamento futuro desse balanço, com horizonte de pelo menos 20 anos (PERES,

2003).

Ainda com referência à concessão de outorga pelo Poder Público, é importante

ressaltar a possibilidade de sua revogação que pode se dar por interesse público, devidamente

caracterizado e fundamentado pela administração. Isso quer dizer que, em havendo mudanças

das condições de análise para a concessão, o direito de outorga poderá ser suspenso total ou

parcialmente, temporária ou definitivamente. São destacadas como condições para revogação:

− não cumprimento pelo outorgado dos termos da outorga;

− ausência de uso por três anos consecutivos;

− necessidade premente de água para atender a situações de calamidade, inclusive as

decorrentes de condições climáticas adversas;

− necessidade de prevenir ou reverter grave degradação ambiental;

− necessidade de atender a usos prioritários, de interesse coletivo, para os quais não

se disponha de fontes alternativas;

− necessidade de serem mantidas as características de navegabilidade do corpo

hídrico.

Todas essas possibilidades podem, na nossa avaliação, deixar a atividade industrial

muito vulnerável a, por exemplo, atitudes políticas que para beneficiar determinados

segmentos da sociedade causem prejuízos de grande monta a uma indústria estabelecida.

A Lei Estadual no 4.247 de 16/12/2003 do Rio de Janeiro, por exemplo, votada em

regime de urgência é na nossa opinião controversa na medida em que se choca frontalmente

com o modelo instituído pela Lei Federal 9.433/97. Ao atribuir a um único órgão (Serla),

integrante da estrutura administrativa do estado, as funções de cobrança, arrecadação,

distribuição, aplicação de receitas e outros conforme artigos 1o e 3o, essa lei tira o caráter

descentralizador do modelo proposto pela União.

89

BARROS (2000) chama atenção para o fato de que em sendo a água um recurso

natural vital ao ser vivo, qualquer regulamentação sobre o seu uso ou disponibilidade é

motivo de grandes inquietações na sociedade como um todo. O autor adverte que há

necessidade de buscar-se um estado de equilíbrio com “igualdade de oportunidades”

respeitando-se o espírito da Lei 9433 quanto à descentralização das decisões.

É necessário, pois, que no planejamento de sua instalação e mesmo no seu

planejamento com a atividade já em operação, sejam contempladas alternativas que

minimizem os efeitos da hipótese dos, digamos, “desmandos políticos”. A alegação, por

exemplo, da necessidade de interromper e/ou desviar o fluxo de água dos mananciais que

abastecem uma refinaria, para atender comunidades em períodos de estiagem não pode ser

desprezada. Essa situação pode ser entendida como “uma necessidade de atender a usos

prioritários, de interesse coletivo, para os quais não se disponha de fontes alternativas” e,

mesmo que se prove o contrário, o prejuízo já terá sido instalado. Um período, mesmo que

curto, de uma refinaria parada pode representar a perda de faturamento de milhares de

dólares.

Numa abordagem técnico-jurídica da questão, FINK e SANTOS (2003) entendem que

o emprego da expressão “direitos”, usada na Lei no 9433 ao estabelecer em seu art. 12 “os

direitos de uso”, revela a presença de um direito subjetivo do interessado, denotando o caráter

de licença no ato que lhe possibilita o uso da água. Tratando-se assim, de licença, ato

vinculado da administração ao qual corresponde um direito é possível no entender desses

autores, afirmar que na ocorrência da suspensão da outorga, ainda que motivada por interesse

público, caberá sempre direito à indenização ao prejudicado.

Com relação ao reúso de água, uma vez tratar-se de águas já utilizadas, a cessão dos

direitos feita do titular diretamente para o interessado no reúso caracteriza um negócio entre

as partes, não havendo, portanto, necessidade de nova outorga pelo poder público, uma vez

que essa situação não está relacionada nas hipóteses estabelecidas para a concessão formal de

outorga. A evolução dessa premissa pode no futuro elevar a utilização de efluentes de

estações municipais a um patamar atrativo para a indústria.

90

3. ESTUDO DE CASO PARA A REDUC 3.1 SISTEMAS E INSTALAÇÕES EXISTENTES

A Refinaria Duque de Caxias – Reduc, fundada em 1961, é considerada a mais

complexa refinaria do sistema Petrobras, com uma linha de 52 produtos comercializados. Sua

complexidade foi sendo adquirida a partir da década de 70 quando recebeu a primeira planta

de lubrificantes. Em 1979, já estava em funcionamento o segundo conjunto de lubrificantes e

parafinas, com seis novas unidades. Atualmente tem 29 unidades distribuídas em operações

de destilação de combustíveis, craqueamento, lubrificantes e matéria prima para

petroquímicos, conferindo-lhe a subcategoria de integrated conforme classificação da

Environmental Protection Agency – EPA (1973) para estabelecer limites de efluentes para as

refinarias de petróleo americanas.

Estrategicamente localizada às margens da Baía de Guanabara, a Reduc tem facilidade

para receber o petróleo importado Árabe Leve, essencial para a produção de lubrificantes. Por

outro lado, essa mesma localização aumenta sua responsabilidade no que diz respeito às

questões ambientais. A figura 18 mostra sua localização em relação às macrorregiões

ambientais estabelecidas pela Secretaria de Meio Ambiente e Desenvolvimento do Estado do

Rio de Janeiro.

Na figura 18, observa-se a divisão do Estado do Rio de Janeiro em sete macrorregiões

ambientais. Para estabelecer as unidades básicas de planejamento e intervenção da gestão

sócio-ambiental, o território do Estado do Rio de Janeiro foi dividido em 7 (sete)

Macrorregiões Ambientais, designadas pela sigla MRA.

Oficializadas pelo Decreto Estadual n° 26.058 de 14 de março de 2000, cada

Macrorregião Ambiental abrange uma parte terrestre e outra marinha. A superfície terrestre de

cada Macrorregião Ambiental compreende uma ou mais bacias hidrográficas. A porção

marinha engloba a zona costeira, incluindo baías, enseadas, praias, ilhas, costões rochosos,

mangues e uma faixa de mar aberto, cuja largura será definida de acordo com critérios

estabelecidos no Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro. A decisão de dividir o Estado

levou em conta critérios técnico-ambientais, administrativos e políticos (SEMADS, 2001).

Na figura 18, são destacados, também, os mananciais que têm influência direta ou

indireta na refinaria.

91

Rio G

uandu

Rio Iguaçu

RED

UC

Rio Saracuruna

Rio Paraíb a do Sul

Figura 18 - Localização da Reduc Fonte: O próprio autor, adaptado de SEMADS/GTZ (2001).

Como visto, a Refinaria está inserida na MRA-1, captando água do rio Saracuruna e

lançando seu efluente no rio Iguaçu que fazem parte da Bacia da baía da Guanabara. Tem

influência na MRA-2 uma vez que também capta água do rio Guandu pertencente à Bacia da

baía de Sepetiba e, indiretamente, na MRA-6 haja vista o rio Guandu ser alimentado pela

transposição do rio Paraíba do Sul através da represa de Ribeirão das Lages.

3.1.1 Unidades de Processo e a Geração de Efluentes

As refinarias de petróleo são uma combinação muito complexa de operações e

sistemas independentes. No desenvolvimento do perfil de poluição dessas instalações

industriais, 12 categorias do processo foram listadas pela EPA como fundamentais na

produção dos principais produtos de petróleo, quais sejam: Transferência & Estocagem,

Dessalgação, Fracionamento, Craqueamento, Polimerização & Alquilação, Reforma, Extração

92

a solvente, Hidrotratamento, Produção de parafinas, Produção de asfalto, Acabamento de

produto e Atividades Auxiliares.

O API (American Petroleum Institute) também desenvolveu um sistema de

classificação semelhante, de acordo com as tecnologias de processamento. No sistema API de

classificação, a Refinaria Duque de Caxias é incluída na Classe E, correspondente à

Integrated da classificação EPA.

Numa tentativa de determinar os efeitos da tecnologia de processo, uma profunda

análise das categorias individuais e combinadas foi feita pela EPA para avaliar a carga dos

despejos brutos como uma função do grau de craqueamento empregado na refinaria. Os dados

para avaliar a carga líquida por esse critério foram obtidos, analisando-se as cargas dos

efluentes brutos fornecidas por refinarias, pesquisa de literatura e análises de estudos de

caracterização de efluentes do 1972 National Petroleum Refining Waste Water

Characterization Studies. As cargas líquidas dos despejos (carga bruta menos água) das

categorias API, com correções adicionadas pela EPA, foram estatisticamente analisadas,

determinando-se 50% da probabilidade de ocorrência dos parâmetros considerados chave

(DBO5, óleo&graxa, fenol e amônia). Esses parâmetros são representativos dos principais

contaminantes descartados pelas refinarias, e, portanto, serviram como base para correlacionar

as variações de performance no separador de óleo, severidade do craqueamento e outros

fatores. Os 50% de probabilidade de ocorrência eram escolhidos quando eles refletiam a

performance média da carga líquida da subcategoria inteira. Uma comparação de cada

subcategoria foi então feita para determinar se, baseado nesses níveis médios de performance,

diferenças significativas nas cargas dos despejos entre subcategorias de refinarias existiam.

Pela comparação dos valores médios e uma base, diferenças internas na performance do

separador, manutenção e outros fatores foram minimizados. As subcategorias que exibiram

alto grau de semelhança nas cargas médias líquidas de efluentes para os parâmetros chave

foram então combinados e reanalisados para se estabelecer novo valor médio para as

combinações. Utilizando esses procedimentos, experimentos foram realizados para obter uma

subcategorização da indústria de refino de petróleo que reflete a carga de despejos com

respeito ao tipo de refinaria, tecnologia de processo empregada e severidade das operações. A

tabela 16 apresenta as subcategorias propostas com os respectivos valores médios

estabelecidos dos parâmetros.

93

Tabela 16 - Categorias de refinarias e cargas médias efluentes em ppm

Subcategoria DBO5 Óleo&Graxa Fenol Amônia Topping 7,1 5,1 0,029 1,43 Low-Cracking 71,3 27,4 2,85 10,0 High-Cracking 82,7 31,4 5,1 32,8 Petrochemical 148,4 45,6 10,3 34,2 Lube 184,3 136,1 6,2 22,1 Integrated 215,5 131,8 5,1 35,4 Reduc 230 85 12 30

Fonte: O próprio autor com base em USEPA (1973).

Na Europa, países membros da União Européia classificam as refinarias de petróleo

segundo critérios estabelecidos que levam em consideração o índice de complexidade Nelson.

Nelson desenvolveu um sistema para quantificar o custo relativo dos componentes que

formam uma refinaria. Trata-se de um índice puro que fornece uma medida relativa dos custos

de construção de uma refinaria particular com base em sua carga de petróleo e capacidade de

expansão. Nelson assumiu um fator igual a 1 para a unidade de destilação. As demais

unidades são então avaliadas em termos do seu custo relativo a essa unidade.

Outras definições são usadas como a capacidade de destilação equivalente adotado

pela Solomon Associates.

No cenário atual, a Reduc pode ser considerada como sendo uma grande indústria

nacional do setor petrolífero, possuindo uma das maiores capacidades e complexidades do

parque de refino brasileiro. Demanda para sua atividade um intensivo uso de água, cerca de

1500 m3/h de água doce, sendo que suas captações máximas de projeto atingem mais de

660.000 m3/dia no canal de água salgada proveniente da Baía de Guanabara para o sistema de

refrigeração aberta, 46.320 m3/dia na Barragem de Saracuruna, e 86.400 m3/dia na adutora do

Guandu.

A refinaria possui ainda como característica, uma grande geração de efluentes hídricos

com vazão média de descarte na ETDI de (Estação de Tratamento de Despejos Industriais) de

28.212 m3/dia, em 2001.

94

3.1.2 Tratamento de Água

A água bruta que chega à REDUC é oriunda de dois rios, Guandu e Saracuruna.

Preferencialmente, utiliza-se água bruta do Rio Saracuruna pela sua menor salinidade, o que

favorece a geração de vapor.

O sistema de tratamento é do tipo convencional em que a água bruta, sem qualquer

tratamento, é usada para pressurizar a rede de incêndio quando a mesma não está sendo usada

para combate. O restante da água bruta é clorada e posteriormente clarificada com adição

contínua de sulfato de alumínio e eventual de cal. Parte da água clarificada é considerada água

industrial e usada na Reduc como reposição de água de torres de resfriamento, de serviço e

processo.

O restante da água clarificada é filtrada em filtros de areia, reduzindo a turbidez a

valores menores que 1 NTU. Parte da água filtrada é clorada e distribuída como água potável

e o restante enviado para desmineralização em trocadores iônicos, após passagem por

descloradores.

Como a Reduc possui caldeiras que trabalham com dois níveis de pressão de vapor

diferentes, as exigências de tratamento de água também são diferentes. Para algumas

caldeiras, que geram vapor de 42 kgf/cm2 a água desmineralizada já atende a especificação

necessária. As demais caldeiras trabalham com geração de vapor de 104 kgf/cm2 e precisam

de uma etapa de polimento, que é realizada em vasos de troca iônica.

Quanto ao Sistema de Resfriamento, a REDUC atualmente tem 2 conjuntos de torres

de resfriamento (U-1360/61 e U-1363/64) com capacidades máximas de 36000 e 45000 m3/h

utilizando água doce e um sistema aberto com água salgada da baía de Guanabara. Esse

sistema aberto está sendo substituído gradativamente pelas novas torres (U-1363/64).

3.1.3 Tratamento de Efluentes

O sistema atual de tratamento do efluente hídrico da Reduc é constituído de

separadores água-óleo do tipo API, flotador a ar induzido e lagoas aeradas.

Os efluentes líquidos industriais da Refinaria são coletados em duas redes distintas:

águas oleosas e águas contaminadas. Essas correntes se unem a montante da Estação de

95

Tratamento de Despejos Industriais – ETDI, que é constituída no seu tratamento primário, de

dois separadores de água e óleo tipo API, uma unidade de flotação a ar induzido e 4 tanques-

pulmão para acumulação do sistema de águas contaminadas e excedentes das redes de água

oleosa.

O tratamento secundário é composto por cinco lagoas aeradas com capacidade

máxima de 1.100 m3/h.

O efluente do Flotador é encaminhado através de bombas centrífugas para a primeira

lagoa aerada (LEA) cujo objetivo principal é o de equalizar a carga e remoção de sulfetos

através da utilização de aeração (8 aeradores superficiais de 60 HP). Na canaleta a montante

dessa lagoa, é dosado nutriente à base de fósforo, sendo o tempo de residência médio na lagoa

de equalização de 8 horas.

Em seguida, o fluxo é dividido para duas lagoas de mistura completa (LMC) que

operam em paralelo para remoção da DBO, DQO, O&G, fenóis. Após a oxidação nessas

lagoas, com tempo de residência de 24 horas, o líquido é distribuído para duas lagoas

facultativas aeradas (LFA) para polimento e lançamento do líquido clarificado no rio Iguaçu.

A aplicação de produtos químicos, se necessário, pode ser feita através de um sistema

de dosagem existente constituído de tanques de mistura (cal, bicarbonato de sódio e

tripolifosfato) e bombas dosadoras para correção de pH, alcalinidade e nutriente. Todas essas

instalações são controladas através de um sistema de supervisão a distância.

As dimensões e os volumes de projeto, assim como a potência instalada nas lagoas de

aeração, são apresentadas na tabela 17.

Tabela 17 - Características das unidades de tratamento de efluentes da Reduc

Unidade/Parâmetro LEA LMC1 LMC2 LFA1 LFA2 Comprimento (m) 68 68 68 126 153 Largura (m) 44 62 62 64 52 Profundidade útil (m) 4 4 4 3,2 3,2 Volume (m3) 8800 13200 13200 26400 26400 N° de Aeradores 8 9 9 2 2 Potência total (HP) 480 540 540 60 60 Dens. de potência (w/m3) 40 30 30 1,7 1,7 Tempo residência 8 h 24 h 24 h 48 h 48 h

Fonte: O próprio autor.

96

3.2 OPORTUNIDADES PARA REÚSO 3.2.1 Opções para Reúso das Correntes Internas de Processo 3.2.1.1 Torres de Resfriamento

A deposição de sólidos em sistemas de resfriamento reduz a eficiência de transferência

de calor e cria lamas que devem ser retiradas do sistema para descarte. Tais sistemas são

normalmente operados com o monitoramento da quantidade de sulfato de cálcio, carbonato e

sílica que estão presentes no fluido. Contaminantes biológicos podem também estar presentes

em razão da temperatura amena e água altamente oxigenada que favorecem o crescimento de

microorganismos.

Tanto quanto possível, a prevenção da formação desses depósitos é, portanto, uma

prática recomendada para garantir a eficiência do processo. O material mais facilmente

depositado nos sistemas industriais de resfriamento são as lamas formadas pelo carbonato de

cálcio, produtos formados naturalmente da dureza cálcio e alcalinidade da água. Depósitos

não carbonatados aparecem quando os produtos de solubilidade de sulfato de cálcio e sílica

são ultrapassados na água de resfriamento.

Para reduzir a probabilidade do depósito de lama, a monitoração da qualidade da água

de reposição e concentrações de sulfato de cálcio e sílica acima de 1500 e 50 ppm,

respectivamente, para ajustes das vazões de purga são mantidos no sistema de recirculação

(API, 1991).

É importante também saber que a purga das torres de resfriamento deve ser

direcionado para o sistema de tratamento de efluentes, conforme legislação ambiental local,

após criteriosa análise da qualidade da água.

Atualmente, as técnicas para minimizar a quantidade de purga incluem o ajuste da

qualidade da água de reposição (através do controle na fonte ou tratamento da água) e o

tratamento da água recirculada.

Se a concentração de sólidos dissolvidos na água de resfriamento se mantiver baixa,

mais vezes a água pode ser utilizada no circuito da torre (ciclos de concentração) e o

tratamento da água de reposição pode reduzir consideravelmente a quantidade de purgas

necessárias para baixa concentração dos sólidos.

97

Um exemplo de cálculo simplificado é apresentado na tabela 18 que ilustra o potencial

de minimização da purga.

Tabela 18 - Impacto do tratamento da água de reposição na vazão de blowdown Reposição não tratada Reposição tratada Vazão de recirculação da água (gpm) 50.000 50.000 Queda na temperatura (oF ) 30 30 Ciclos de concentração 3 10 Vazão de reposição (gpm) 2.700 2.000 Vazão da purga (gpm) 850 150

Fonte: API (1991).

Como mostra a tabela, se o ciclo de concentração de um sistema de tratamento é

aumentado de 3 para 10, a vazão da purga de um sistema com 50.000 gpm de recirculação,

diminui de 850 gpm para 150 gpm e conseqüentemente, a vazão de reposição reduz-se de

2700 gpm para 2000 gpm, representando uma economia de cerca de 26% no volume de água

bruta.

DANTAS (1988), chama-nos atenção para a existência de um ciclo teórico ideal

exemplificando com um sistema hipotético com vazão de recirculação horária de 2.000 m3 e

diferencial de temperatura de 10oC.

Para montagem da tabela, utiliza duas fórmulas matemáticas para cálculo que

relacionam as vazões de alimentação ou de reposição em função do ciclo de concentração e da

evaporação como segue:

A = [ C / (C -1) ] x E (1)

E = (0,18 x Δt x V) / 100 (2)

Onde:

A: vazão de reposição, C: ciclo de concentração, E: vazão de evaporação, V: vazão de

recirculação e Δt: variação de temperatura.

98

Tabela 19 - Simulação para ciclo teórico máximo

Ciclo A (m3/h) Purga (m3/h) E (m3/h) Diferenças (m3/h) 1,2 216,0 180 36 1,4 126,0 90 36 90 1,6 96,0 60 36 30 1,8 81,0 45 36 15 2,0 72,0 36 36 9 3,0 54,0 18 36 18 4,0 48,0 12 36 6 5,0 45,0 9 36 3 6,0 43,2 7,2 36 2,8 7,0 42,0 6,0 36 1,2 8,0 41,1 5,1 36 0,9 9,0 40,5 4,5 36 0,6

10,6 40,0 4,0 36 0,5 Fonte: DANTAS (1988).

A tabela montada por DANTAS (idem) possibilita avaliar as diferenças de custos de

tratamento quando o ciclo de concentração aumenta, uma vez que o cálculo da quantidade de

produtos químicos utilizados é função das perdas, ou seja, a soma dos volumes de purga e

evaporação. Dessa tabela, pode-se concluir, ainda, que para esse sistema hipotético com vazão

de recirculação de 2000 m3/h e gradiente de temperatura de 10oC, o ciclo ideal encontra-se

entre 6 e 7. Ou seja, com ciclos acima de 7, as perdas adicionais de água são irrisórias, não

compensando os riscos do aumento do tempo de residência.

FRAYNE (1992) destaca em artigo publicado pela revista Hydrocarbon Processing

quatro etapas para o reúso de água e minimização de efluentes: (1) maximizar a utilização das

instalações existentes, (2) executar projetos de pequeno custo capital, (3) priorizar a

eliminação de grandes volumes através dos projetos de maior investimento capital e (4) ir

além das limitações na etapa 3, até descarga zero. Para maximizar a utilização das instalações

existentes, sugere um balanço de água completo para definir as origens dos efluentes e o

consumo de água. Qualquer balanço de água será específico do local. Variáveis tais como

capacidade da planta, complexidade, idade e localização terão um impacto importante no

balanço individual da água. A qualidade da água local impactará diretamente, limitando os

ciclos de concentração. Um trabalho analítico extensivo junto com observações de campo

identifica quantidades e qualidades dos efluentes, e posteriormente, análise dos dados através

de métodos estatísticos complementam a tarefa. Várias etapas nesta fase do trabalho podem

99

ser implementadas, tais como a contabilidade unidade por unidade das fontes de rejeitos

líquidos. A tabela 20 mostra a faixa de dados coletados por Frayne em vários estudos.

Tabela 20 - Origem de efluentes de refinarias

Origem Percentagem

Pré-tratamento 2 – 5 Purga de caldeira 4 – 8 Águas acres 10 – 30 Salmoura 10 – 20 Sanitários/laboratórios 1 – 10 Purga de torres de resfriamento 20 – 40 Água de chuva 6 – 8 Perda de condensado 20 – 40

Fonte: FRAYNE (1992).

Cada um desses efluentes tem seu próprio tipo de contaminante característico. Por

exemplo, a salmoura é tipicamente rica em óleo emulsionado, óleo livre, sólidos totais

dissolvidos e orgânicos solúveis. Por outro lado, a água ácida é normalmente rica em amônia

e fenóis, mas é normalmente pobre em sólidos dissolvidos totais. As purgas de caldeiras e

torres de resfriamento são geralmente ricas em sólidos dissolvidos mas pobres em substâncias

orgânicas. Em praticamente todas as inspeções de área, uma porção significativa de perdas de

água tem como origem condensado não coletado ou perdido por vazamentos. Esta água é

considerada de alta qualidade e ainda é freqüentemente um dos principais contribuintes da

carga de efluentes.

A tabela 21 compara os usos de água em refinarias americanas, conforme pesquisa de

FRAYNE (op.cit.). Os principais destinos de consumo são os volumes de reposição das torres

de resfriamento e caldeiras. Isto sugere que o principal objetivo de qualquer aplicação de

reúso em uma refinaria de petróleo seja a necessidade de encontrar-se água para essas

aplicações.

Tabela 21 - Uso de água em refinarias americanas

Uso Percentagem

Reposição de caldeira 20 – 30 Reposição de torre de resfriamento 60 – 70 Reposição no processo < 1 Diluição na dessalgadora 4 Sanitários/laboratórios 4

Fonte: FRAYNE (1992).

100

Sendo as torres de resfriamento os principais usuários de água, e a qualidade de água

necessária menos exigente, as aplicações de reúso são principalmente focadas para essa

aplicação. A segunda etapa para otimizar o reúso envolve a execução de projetos de pequeno

investimento e a utilização cuidadosa dos gastos orçamentários. Para as torres e caldeiras, a

instalação de sistemas de controle automatizados da purga pode gerar grande economia por

volume de efluente lançado. Modificações no programa químico de tratamento com o uso de

estabilizadores podem aumentar os limites restritivos de algumas espécies de minerais

dissolvidos, como a sílica. A otimização de programas de tratamento dos condensados de

vapor pode garantir uma qualidade adequada para retorno ao sistema, bem como melhorar na

redução de vazamentos. Se não for economicamente viável retorná-lo para o sistema,

reorientá-lo para a torre de resfriamento mais próxima para reúso pode ser uma boa

alternativa (FRAYNE, idem).

Também o uso não tradicional da água de chuva como reposição pode ser viável. Mas,

tudo isso, segundo Nalco Chemical Co., Kurita do Brasil e Betzdeardorm (empresas

tratadoras de torres de resfriamento da Petrobras), requer um controle mais rígido nos

programas de tratamento químico para garantir a performance, tornando-se fundamental que o

sistema contemple um controle analítico e estatístico eficaz. Na terceira etapa, projetos de

maior investimento capital proporcionam grandes reduções nos efluentes. Isso pode incluir

operações unitárias para remover contaminantes e minimizar volumes até atingir a descarga

zero, ou alteração de processos como a utilização de gás em estripagens ao invés de vapor, ou

ainda uso de efluentes hídricos em sistemas de refrigeração de sistemas abertos (FRAYNE,

idem).

Os sistemas de tratamento de água de resfriamento das refinarias da Petrobras

trabalham com ciclos de concentração que podem variar de 2,5 até 10. Essa grande variação é

função de muitos fatores tais como, qualidade do manancial de água bruta, tecnologia de

tratamento da água de reposição, nível de tratamento da água recirculada em função do

material dos equipamentos de troca térmica, localização geográfica da refinaria etc., e, mais

recentemente, do nível de conscientização da necessidade da economia de recursos hídricos.

Admitindo-se a uniformização até um ciclo equivalente a 10, seria possível ter uma economia

média de recursos hídricos da ordem 500 m3/h de água, equivalente ao consumo de cerca de

48.000 habitantes. Na tabela 22, foram compilados dados operacionais de 10 refinarias num

mesmo momento. Embora, tais números sejam oriundos de um raciocínio simplificado (não

foram apuradas as condições que levavam a operação naquele momento aos valores

101

computados), mostram o potencial para economia de água em torres de resfriamento ao

trabalhar com ciclos otimizados.

Tabela 22 - Economia hipotética nas refinarias com aumento de concentração Refinaria Vazão recirc.

(m3/h) Evaporação

(m3/h) Ciclo Make-up

(m3/h) Make-up p/ciclo 10

Economia (m3/h)

A 24200 436 3 653 484 169 B 17000 306 6 367 340 27 C 2400 43 4 58 48 10 D 14000 252 8 288 280 8 E 33000 594 4,5 764 660 104 F 44000 792 6 950 880 70 G 18000 324 9 365 360 5 H 7000 126 3,5 176 140 36 I 1700 31 2,5 92 34 17 L 23000 414 5 518 460 58


É importante ressaltar, também, que a água circulada em torres de resfriamento é

tratada com produtos químicos objetivando a inibição de corrosão, controle do crescimento

biológico e ajuste de pH. É recomendável que esses produtos químicos não sejam tóxicos e

que não ultrapassem limites estabelecidos pelos órgãos ambientais para seu descarte. A

minimização ou a eliminação da toxicidade da purga poderá facilitar eventuais tratamentos de

recuperação da água descartada possibilitando assim, considerável economia de reposição.

3.2.1.2 Despejos dos Processos e Sistemas de Tratamento

Conforme citado no capítulo 2 (item 2.3) desse trabalho, parte dos descartes das

refinarias é gerada nos próprios processos de tratamentos. Sistemas convencionais de

tratamento de água geram lamas químicas pela introdução de produtos químicos coagulantes e

floculantes como sulfato de alumínio e/ou sulfato férrico. Tais produtos são geralmente

adicionados em solução e elevam naturalmente o volume de descarte. De forma semelhante,

no tratamento final dos efluentes, produtos são introduzidos aumentando volumes

descartados. Como alternativa de minimização de efluentes, o American Petroleum Institute

sugere a substituição de tais produtos por polímeros catiônicos e aniônicos que reduzem de

0,1 a 0,2 % o volume de lodo gerado.

102

Também nas operações de retrolavagens de filtros, processos de lavagem, enxagüe e

regeneração de resinas em leitos de troca iônica são gerados efluentes que podem ser

minimizados através de procedimentos operacionais cuidadosos e eventualmente, regenerados

para reúso.

3.2.1.3 Águas Pluviais

Muitas refinarias têm áreas pavimentadas livres de óleo, como ruas, estacionamentos,

áreas de tanques de produtos que estão segregados etc. Assim, as águas pluviais dessas áreas

contêm baixa contaminação natural e podem ser separadas das correntes de águas

contaminadas que são direcionadas para tratamento nos separadores de água-óleo da refinaria.

Em algumas situações, o uso de águas pluviais como reposição de torres de resfriamento pode

ser possível, mas há diversos fatores que necessitam ser considerados cuidadosamente.

A maioria das águas pluviais coletadas em áreas relativamente limpas têm baixas

dureza e concentração de sólidos dissolvidos, podendo ser bombeadas diretamente em lugar

de água fresca. Devido à baixa dureza da água de chuva, as instalações para clarificação da

água de reposição de torres de resfriamento podem ser desviadas diminuindo os custos de

tratamento e reduzindo a quantidade de despejos do processo de clarificação que devem ser

tratados para disposição final.

Em 2002, o autor, durante visita técnica à Refinaria de Manguinhos, no Rio de Janeiro,

constatou eficiente sistema de coleta de águas pluviais direcionadas para uma lagoa aerada.

Essa água acumulada após aeração é utilizada como reposição do sistema de resfriamento e

reserva para combate a incêndio. Embora não tenham sido informados os custos do

tratamento anticorrosivo, o retorno financeiro é compensatório em função dos custos da água

fornecida pela companhia de abastecimento da cidade.

3.2.1.4 Outras Fontes

Um exemplo prático e bem sucedido de reúso é relatado em artigo da Betzdearborn

(FERNANDES, 1999) sobre experiência em torre de resfriamento de uma importante planta

de etileno no Brasil. O trabalho apresentado no IWC de 1999 destaca a utilização de água

contaminada como reposição da torre e a mudança no programa químico de tratamento para

atender às novas condições do sistema. A torre operava anteriormente com duas fontes de

103

água de reposição, sendo 70% de água fluvial de baixa qualidade e 30% de água municipal

tratada ao custo médio de US$ 0,32/m3 e US$ 2,95/m3 respectivamente. Com a utilização de

produtos químicos mais específicos para os contaminantes presentes na água fluvial, e

controles operacionais mais eficazes, a torre passou a operar utilizando 100% da reposição

com a água contaminada, proporcionando uma economia de US$ 2,7 milhões por ano,

aumento do ciclo de operação de 4,5 para 6,0, com redução de 28 m3/h na purga minimizando

o impacto ambiental e diminuindo os custos do programa de tratamento (Fernandes, 1999).

MCINTYRE (1993), membro do BetzDearborn Water Management Group, faz uma

abordagem da utilização de efluentes secundários industriais e domésticos como makeup de

torres de resfriamento. A qualidade dos efluentes analisados por MCINTYRE (idem) é

mostrada na tabela 23 observando-se que, os parâmetros dureza, condutividade, demanda

química de oxigênio e amônia são os principais problemas no reúso em torres.

Tabela 23 - Comparação de efluentes secundários de refinaria e doméstico

Parâmetro Efluente de refinaria Efluente doméstico pH 7,6 7,4 Ca, (mg/L CaCO3) 168 98 Mg, (mg/L CaCO3) 82 46 Alcalinidade (mg/L CaCO3) 140 110 Cloreto (mg/L) 178 77 Sulfato (mg/L) 189 90 Condutividade (µmhos) 1300 530 NH3 (mg/L) 8 – 10 12 – 14 P (mg/L PO4) 1 – 2 10 – 14 SiO2 (mg/L) 6,0 4,0 DQO (mg/L) 30 – 50 40 DBO5 5 – 10 10 – 20 Na (mg/L) 180 79

Fonte: MCINTYRE (idem).

Um resumo da experiência de MCINTYRE (idem) aponta um aumento da atratividade

do reúso desde que algumas modificações no programa de tratamento sejam implementadas,

tanto para os efluentes industriais quanto para os domésticos em razão de fatos observados

que incluem:

104

a) Para make up com os efluentes secundários de refinaria:

− Necessidade suplementar de inibidores de corrosão ao cobre devido à presença de

NH3 no makeup e subseqüente aumento na demanda de Cl2.

− Permutadores de calor críticos (e temperaturas de água quente) podem determinar

o programa de controle de scale (incrustração).

− Orgânicos solúveis (medidos como DQO) que não são removidos por tratamento

de lodos ativados, não são estripados na torre ou oxidados pelo cloro.

− Podem ser alcançadas taxas de corrosão ao aço de 0,026 mm/ano.

b) Para make up com os efluentes secundários domésticos:

− Variabilidade na concentração de ortofosfato da água de makeup pode levar a taxas

de corrosão mais altas do que o esperado.

− A concentração de metais, como Pb, Zn e Cu na entrada pode aumentar os

problemas de descarte após elevados ciclos de concentração.

− Orgânicos solúveis, medidos como TOC, não são estripados na torre ou oxidados

até certo ponto pelo Cl2.

− As taxas de corrosão ao aço podem atingir 0,052 mm/ano em uma torre operada

com ciclo de concentração 10.

Na avaliação, MCINTYRE (op.cit.) objetivou mostrar a viabilidade técnica da

utilização dos efluentes secundários na reposição da água de torres de resfriamento industriais

e a necessidade de implementar programas de tratamento diferenciados, sem fazer entretanto,

qualquer consideração com relação aos custos dessas alternativas, o que pode também ser um

fator decisivo.

3.2.1.5 Correntes Hídricas da REDUC

A partir dos dados de campo coletados durante trabalho de auditorias internas, visando

identificar possíveis desperdícios de água na Refinaria Duque de Caxias, foram listadas

vazões de parte dos efluentes gerados. As vazões foram medidas nos locais, sem entretanto

caracterizar quimicamente as correntes, razão pela qual ao se apontarem possíveis destinos

para aproveitamento dessas correntes, baseou-se exclusivamente em experiência prática dos

105

profissionais que elaboraram a lista de oportunidades de melhorias e no conhecimento que se

tem das instalações listadas.

Utilizando esse cenário, uma avaliação para possibilidades de reúso é feita a partir do

fluxograma simplificado do circuito hídrico da Refinaria Duque de Caxias, mostrado na figura

19, que apresenta um balanço de massa médio do ano de 2001 tomado como base. Nesse

modelo, os fluxos das correntes são apresentados em m3/h.

154Flare

245194

94 446

142

150 4830

238 200251

6588 470

201

1492570

980

100141

24 15 4190 90

141

100377

217

14

AguaBruta

Inc. Lav

Geração de vapor 1

Torre1

Desmi Clarif

Indust

Filt.

Potavel


ETDI Dessalgadora(entrada do petroleo p/processo)

DiversosLav.Reg.

Torre2

ETE

Pol.

Pluviais

PROCESSO

Figura 19 - Circuito hídrico base (Reduc) Fonte: O próprio autor.

Na figura 20, é apresentada uma proposta de reúso interno com aproveitamento das

principais correntes e o fluxo médio estimado possível para o novo circuito. Nesse caso,

optamos por uma ação de melhoria de procedimentos e tratamentos das correntes internas de

processo visando reduzir a adução de água bruta. As ações estabelecidas foram a elevação do

ciclo de tratamento das torres de refrigeração, a utilização do condensado da unidade de

tratamento de águas ácidas para diluição da carga nas dessalgadoras e o retorno dos lodos de

tratamento da água para os clarificadores após centrifugação.

106

154Flare

245194

446

94

104

150 10

200167 171

47017 80

92 65

570639

854 8115 100

41

24 15 41 90

60 1080

29720 217

14114

AguaBruta

Inc. Lav


Torre1

Desmi Clarif

Indust

Filt.

Potavel


ETDI

Dessalgadora

DiversosLav. Reg.

Torre2

ETECentrifugação

Pol.

Pluviais

Inc. Lav

PROCESSO

Figura 20 - Circuito com reúso interno (Reduc) Fonte: O próprio autor.

Na figura 21, mostra-se, para o mesmo circuito, uma rota com a regeneração e reciclo

do efluente da ETDI. Nesse caso, há um investimento maior em equipamentos para tornar as

correntes passíveis de reutilização. Parte do volume tratado na Estação de Tratamento de

Despejos Indústrias – ETDI – é retornada para o sistema de make-up das caldeiras de alta

pressão. Nesse arranjo, admitimos uma recuperação na osmose de 65% (eficiência prática

informada ao autor em visita a indústria do ramo petroquímico) e 90% na microfiltração. Faz-

se necessário, entretanto, ter-se o entendimento que os números relativos à recuperação de

tais sistemas têm que ser estimados com a implantação de unidades piloto, especialmente

projetadas para a qualidade dos efluentes.

107

154Flare

251245

446

9435 194

142446

30150

30 65238 200

686

136 240136

986124 24

41 1260 574

141 100

24 15 4190 90

141 538

10

90 217

31714

AguaBruta

Inc. Lav


Torre1

Desmi Clarif

Indust

Filt.

Potavel


ETDI

Dessalgadora

Diversos

Torre2

Osmose ReversaFiltração

CAG

ETE

Pol.

Microfilt.

Inc. Lav

Pluviais

PROCESSO

Figura 21 - Circuito com regeneração do efluente final (Reduc) Fonte: O próprio autor.

A tabela 24 permite-nos comparar os três balanços.

Tabela 24 - Comparação dos impactos do reúso de efluentes

Base Redução na fonte Reciclo Correntes de entrada: Reposição de água bruta 1492 1151 986 Reposição das torres 380 271 380 Reposição das caldeiras 470 470 470 Água potável 100 100 100 Industrial 377 297 317 Águas pluviais 14 14 14 Reciclo do efluente 0 0 686 Correntes de saída p/ETDI: Purga das torres 136 0 136 Purga da caldeiras 65 0 65 Perdas de processo 251 171 251 Dessalgadora 90 90 90

108

Tabela 24 - Comparação dos impactos do reúso de efluentes

Base Redução na fonte Reciclo Esgoto doméstico e laboratórios 0 0 10 Diversos 217 217 217 Águas pluviais 0 0 0 Purgas da ETA 80 20 80 Incêndio 141 141 141 Descarte de osmose 0 0 240 Lavagem de pré-trat. osmose 0 0 30 Entrada da ETDI 980 639 1260 Vazão de descarte 980 639 574

Fonte: O próprio autor

Das opções apresentadas, em termos de volumes, o reciclo de efluente da EDTI é o

que apresenta melhores resultados tanto na redução de água bruta aduzida, quanto do

lançamento de efluentes no corpo receptor. Os grandes inconvenientes a serem considerados,

entretanto, são a capacidade hidráulica adicional requerida para a estação de tratamento e os

investimentos necessários para a regeneração através de osmose. Sob o ponto de vista técnico,

portanto, a opção do reciclo é viável e aufere ganhos ambientais ao prover uma economia de

recursos naturais da ordem de 34%. Há também uma redução de 41% no volume de efluente

lançado, embora não haja alteração da carga poluidora.

Para a opção de reaproveitamento exclusivamente das correntes internas de processo,

tem-se uma redução de 23% na adução de água bruta e de 35% no efluente final gerado.

Diversas outras opções de arranjo podem ser propostas para o circuito. Cada uma

delas apresentando vantagens e desvantagens que dependerão dos objetivos a serem

alcançados. O arranjo ideal poderá ser obtido com a aplicação da teoria do ponto de

estrangulamento.

3.2.2 Opções de Correntes Externas 3.2.2.1 Baía de Guanabara e Rio Iguaçu

A dessalinização de água do mar tem sido praticada regularmente há mais de 50 anos e

constitui-se um meio bem consolidado de suprimento de água de muitos países, especialmente

no Golfo Pérsico. Para SEMIAT (2000), já é possível, técnica e economicamente, produzir

109

água de excelente qualidade em larga escala através de processos de dessalinização. Para o

autor, a barreira do custo alto tem sido vencida nos últimos anos uma vez que o m3 de água do

mar dessalinizada caiu a níveis de 50 a 80 cents de dólar e a dessalinização de água salobra na

faixa de 20 a 35 cents/m3. SEMIAT (idem), entretanto, não cita a tecnologia de dessalinização

utilizada para atingir tais valores.

O alto custo está muito atrelado ao consumo de energia. Segundo GEISLER (1998),

um sistema de osmose reversa para dessalinização de água marinha consome cerca de 5,90

kWh/m3 de permeado (água filtrada), caindo para 4,30 kwh/m3 em sistemas com recuperação

de energia.

Para SCHNEIDER (2001), a queda dos custos da dessalinização de água do mar por

osmose reversa está associada, principalmente, à redução do consumo de energia por m3 de

água filtrada a partir dos anos 90 com o desenvolvimento de unidades de recuperação de

energia do permeado. O permeado sai do módulo de osmose com uma pressão de cerca de 1 a

2 bar abaixo da pressão de operação da membrana. Diferenciais de pressão maiores

destruiriam a integridade física da membrana. O sistema de recuperação de energia é acionado

pela pressão do permeado e transfere parte dessa energia para a água de alimentação.

As principais tecnologias para dessalinização utilizadas são processos evaporativos

que requerem considerável consumo de energia térmica e, mais recentemente, processos de

membrana (osmose reversa). Para FURUKAWA (1997), a osmose reversa é a mais

promissora tecnologia para utilização em águas tanto salobras, quanto salinas.

Mesmo com as previsões otimistas, entendemos que há desafios importantes a serem

vencidos para que a tecnologia de osmose reversa seja plenamente viabilizada mundialmente.

Esses desafios estão sendo encarados pelos fornecedores de membranas que têm se dedicado à

pesquisa de materiais com resistência às pressões que variam de 10 a 25 bar para permear

águas salobras e 50 a 80 bar para águas do mar.

A conversão da água pode atingir 90 a 95% no caso de águas levemente salobras, mas

cai para 35 a 50% para água do mar. A baixa conversão é obtida principalmente em situações

de “mar fechado” como o Mar Vermelho e Golfo Pérsico, segundo o próprio autor do artigo.

Outro aspecto importante a considerar é a questão ambiental quando tratamos da

dessalinização de águas salinas ou salobras em função da disposição da salmoura produzida.

A composição do concentrado não é a mesma da água do mar pela adição de produtos

químicos no processo e sua disposição no solo deve aumentar a salinidade dos aqüíferos

subterrâneos.

110

A Baía de Guanabara, como dito anteriormente, teve fundamental importância na

escolha da localização da Refinaria Duque de Caxias. Desde sua implantação, a água da baía é

utilizada em sistema aberto de refrigeração das unidades de destilação, craqueamento e

tratamento de combustíveis.

Em função de recente compromisso assumido pela Petrobras e a Secretaria Estadual de

Meio Ambiente e Desenvolvimento, em que se estabeleceu o Termo de Compromisso de

Ajuste Ambiental no qual se prevê a eliminação desse sistema, entendemos não haver, no

momento atual, qualquer possibilidade da utilização desse meio hídrico, a menos de situações

emergenciais de combate a incêndio. Entretanto, ao se fazer uma análise para efeito de

comparação com as outras alternativas de utilização de recursos hídricos pela Reduc,

entendemos que a captação de água da baía em substituição às fontes atuais possa ser uma

opção futura, caso necessário.

A Reduc construiu no passado um canal para tomada de água salgada da baía para

atender ao sistema de refrigeração aberto e, em análises da água naquele ponto, com objetivo

de gerar hipoclorito de sódio através de processo eletrolítico, verificou-se que a salinidade

variou de 12.000 a 18.000 ppm de cloretos.

Essa baixa concentração de sais em relação à água do mar é, certamente, devido à

influência da desembocadura de rios na região conferindo a esse ponto, praticamente, a

condição de água salobra (salinidade entre 0,5 ‰ e 30 ‰) apesar de pertencer à Classe 7,

águas salinas (> 30 ‰) conforme Resolução Conama 20/86. Sob o ponto de vista do

tratamento através de membranas filtrantes constitui-se uma vantagem pela menor pressão

requerida na osmose reversa.

Quanto à utilização do rio Iguaçu com o mesmo propósito (substituição ou

complementação das fontes de captação atuais), parece-nos mais viável uma eventual

abordagem para outorga junto à Serla, se as condições técnicas forem favoráveis

comparativamente às demais. Cabe ressaltar, que a viabilidade real de qualquer desses

projetos ora sugeridos depende fundamentalmente de avaliação final através de planta-piloto e

análise econômica. A bacia do rio Iguaçu apresenta uma área de drenagem de 726 km2, dos quais 168 km2 representam a sub-bacia do rio Sarapuí (principal afluente), e abriga todo o Município de Belford Roxo e parte dos Municípios do Rio de Janeiro, Nilópolis, São João do Meriti, Nova Iguaçu e Duque de Caxias, inseridos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Limita-se ao norte com a bacia do rio Paraíba do Sul, ao sul com a bacia dos rios Pavuna/Meriti, a leste com a bacia dos rios Saracuruna e Inhomirim/Estrela e a oeste com a bacia do rio Guandu e outros afluentes da Baia de Sepetiba. O rio Iguaçu tem suas nascentes na serra do Tinguá, a uma altitude de cerca de 1000 m. Desenvolve seu curso no sentido sudeste, com uma extensão total

111

de cerca de 43 km, desaguando na Baía de Guanabara. Ao atingir a área de baixada encontra uma grande concentração urbana, onde vivem mais de 2 milhões de pessoas em baixas condições de qualidade de vida, com mais da metade da população vivendo com renda familiar inferior a um salário mínimo e cerca de 23% das famílias em condições de indigência. As condições de saneamento básico, educação, saúde e infra-estrutura urbana são extremamente precárias. A coleta de lixo cobre menos de 60% da bacia e de forma irregular. As redes de esgotamento sanitário atendem a apenas 21% das residências e o abastecimento d’água a 51%. Atualmente, cerca de 180 mil pessoas vivem na área inundável da bacia, onde as condições sócio-ambientais são críticas. O lixo e o esgoto das casas são lançados nos rios e canais, piorando as condições de escoamento e de qualidade das águas. A erosão das margens e das encostas desmatadas produzem sedimentos que, carreados para os rios, reduzem a capacidade de escoamento e retêm o lixo acumulado. (FBDS, 2002)

Além de todas essas condições geradoras de poluição no rio descritas de forma sucinta

em relatório de levantamento realizado para a Petrobras pela Fundação Brasileira para o

Desenvolvimento Sustentável, a influência da maré elevando consideravelmente a salinidade

da água no trecho próximo à Reduc, potencializa a dificuldade de sua utilização como fonte

de suprimento de água. Por outro lado, a utilização do canal do Cunha para a ETA da Prosint

(empresa do ramo petroquímico localizada no Rio de Janeiro) e do rio Tamanduateí para a

ETA da Recap (Refinaria de Capuava), corpos hídricos considerados extremamente poluídos

por esgotos domésticos e industriais, apontam para a possibilidade de seu aproveitamento.

São necessários, portanto, estudos específicos atualizados sobre o rio que apontem

todas as suas condições ambientais, como qualidade da água em todo o seu curso, perfil de

vazões mínimas e máximas, principais usuários dos recursos, disponibilidades futuras e outras

informações que possam estabelecer suas condições para atender à necessidade da refinaria.

Como, entretanto, o presente trabalho visa apontar alternativas que podem ser desenvolvidas a

posteriori, e por entendermos que a barreira técnica para tratamento de água está superada,

julgamos pertinente conjecturar sobre alguns dados disponibilizados em trabalhos já

realizados para a Petrobras.

A utilização de qualquer manancial para uso consuntivo de uma indústria tem que

passar por um processo de outorga, no qual será estabelecida a vazão possível de utilização.

Segundo o Artigo 9 da Portaria 272 da Serla (Superintendência de Rios e Lagos do RJ) de 11

de dezembro de 2000, a análise do pedido de outorga, do uso de recursos hídricos atualmente

considera os seguintes critérios para as águas superficiais:

112

a) Os aspectos quantitativos da água do corpo hídrico, nos pontos indicados para

captação.

b) A adoção dos dados fornecidos no relatório “Estudo das Vazões Mínimas dos

Principais Cursos de Água do Estado do Rio de Janeiro” elaborado pela Feema,

em 1978, para fins de estimativa da vazão mínima dos cursos de água, salvo se

existirem, para a bacia hidrográfica sob exame, estudos mais atualizados.

Como vazão máxima utilizável deve-se considerar:

− 80% do Q7, 10 do curso de água junto à seção de interesse, para captação com fins

de abastecimento humano;

− 50% do Q7, 10 do curso de água junto à seção de interesse para os demais casos de

uso consuntivo.

A vazão média do rio Iguaçu, conforme ROSMAN (2001 apud BIDONE e

CARVALHO, 2003), é de 12,94 m3/s. Porém, a vazão mínima estimada é de 2,58 m3/s o que

naturalmente limita a adução pela refinaria. Atualmente, essa vazão recebe a contribuição de

6,85 m3/s da bacia de resfriamento da Reduc (captada da baía de Guanabara) cuja previsão

para fechamento é de 2004, conforme Termo de Compromisso de Ajustamento Ambiental.

Com relação à qualidade da água, a Feema realizou um levantamento de vários

parâmetros no período de 1999 a 2001 com 3 pontos de coleta a seguir denominados:

− IA260, a montante dos lançamentos de efluentes da Reduc, na ponte da Rodovia

Washington Luiz (P1 na figura 22);

− IA261, a jusante dos lançamentos da Reduc (P2 na figura 22);

− IA262, a jusante da confluência com rio Sarapui, próximo à foz (P5 na figura 22).

Na figura 22 esses pontos são indicados e as tabelas 25, 26 e 27 apresentam um

sumário estatístico dos resultados.

113

Figura 22 - Foto aérea da região da Reduc e pontos de coleta de amostras Fonte: Adaptada pelo autor.

Rio Iguaçu

P1

P3 P4

P5

Campos Elíseos

Aterro Sanitário

BAÍA Favela Beira-Mar

Rio Sarapuí

P2

114

Tabela 25 - Qualidade do rio Iguaçu na estação IA260

PARÂMETROS Nº dados

Mínimo Percentil 25

Mediana Percentil 75

Máximo

Temp. Amostra (oC) 16 18 22 23 26 31 Temperatura Ar (oC) 16 20 25 28 30 34 pH 18 6,0 6,4 6,8 6,9 7,9 R.N.F.T. (mg/L) 15 20 22 25 30 40 R.F.T. (mg/L) 13 180 470 930 5900 17570 O.D. (mg/L) 18 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,3 2,0 D.B.O. (mg/L) 18 8,0 11,5 20 28 40 D.Q.O. (mg/L) 17 20 50 60 80 140 N Kjeldahl (mg N/L) 16 1,6 4,0 6,0 9,5 15 Nitrito (mg/L) 17 0,002 0,004 0,005 0,007 0,04 Nitrato (mg/L) 18 < 0,01 0,03 0,04 0,09 0,7 N Amoniacal (mg/L) 17 0,70 2,20 2,65 4,00 12 Ortofosfato (mg P/L) 18 0,04 0,33 0,75 1,28 2,20 Fósforo Total (mg P/L) 18 0,40 1,00 1,53 2,02 3,80 Condutividade (µmho/cm)

18 190 550 850 2.200 8.850

Cloreto (mg Cl/L) 17 40 110 180 600 2.740 Fenóis (mg/L) 8 < 0,001 - < 0,001 - 0,01 Cianeto (mg/L) 16 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,01 Cromo (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,01 Manganês (mg/L) 17 0,1 0,17 0,2 0,25 0,3 Ferro (mg/L) 17 0,85 1,30 1,80 3,50 8,5 Níquel (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,01 0,09 Cobre (mg/L) 17 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,005 0,06 Zinco (mg/L) 17 < 0,005 0,015 0,02 0,03 0,35 Cádmio (mg/L) 17 < 0,001 < 0,001 0,002 0,002 0,006 Mercúrio (µg/L) 17 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,1 Chumbo (mg/L) 17 < 0,01 0,02 0,02 0,02 0,17 HPA’s (µg/L) 4 10 - 14,5 - 28 Fonte: FEEMA (2001).

115





Máximo

Temp. Amostra (oC) 17 18 22 24 27 32 Temperatura Ar (oC) 17 20 25 28 30 34 pH 18 6,3 6,5 6,8 6,9 7,7 R.N.F.T. (mg/L) 15 3,6 20 25 30 250 R.F.T. (mg/L) 13 230 620 1700 5800 14000 O.D. (mg/L) 18 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,1525 2,0 D.B.O. (mg/L) 18 4,0 13 20 20 60 D.Q.O. (mg/L) 17 20 40 70 140 500 N Kjeldahl (mg N/L) 16 2,0 4,0 6,5 7,5 17 Nitrito (mg/L) 17 0,002 0,002 0,005 0,008 0,01 Nitrato (mg/L) 18 < 0,01 < 0,01 0,02 0,06 0,25 N Amoniacal (mg/L) 17 0,70 1,9 2,7 3,5 19 Ortofosfato (mg P/L) 18 0,02 0,40 0,60 1,08 2,30 Fósforo Total (mg P/L) 18 0,40 0,85 1,25 1,80 3,40 Condutividade (µmho/cm)

18 90 1150 3000 5400 16300

Cloreto (mg Cl/L) 17 120 222,5 460 1590 5240 Fenóis (mg/L) 8 < 0,001 - 0,001 - 0,01 Cianeto (mg/L) 14 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Cromo (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,03 Manganês (mg/L) 17 0,11 0,14 0,18 0,25 0,25 Ferro (mg/L) 17 0,65 1,10 1,60 2,50 3,5 Níquel (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,02 0,09 Cobre (mg/L) 17 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,001 0,08 Zinco (mg/L) 17 < 0,005 0,015 0,02 0,05 0,14 Cádmio (mg/L) 17 < 0,001 < 0,001 0,002 0,002 0,008 Mercúrio (µg/L) 17 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,1 Chumbo (mg/L) 17 < 0,01 0,02 0,02 0,04 0,12 HPA’s (µg/L) 4 8 - 14 - 37 Fonte: FEEMA (2001).

116





Máximo

Temp. Amostra (oC) 17 18 22 24 25,5 31 Temperatura Ar (oC) 17 20 26 27 30 34 pH 18 6,5 6,7 6,9 7 7,8 R.N.F.T. (mg/L) 15 10 20 25 30 40 R.F.T. (mg/L) 13 460 1100 2300 6180 9300 O.D. (mg/L) 18 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 2,0 D.B.O. (mg/L) 18 15,0 20 26 30 50 D.Q.O. (mg/L) 17 50 70 120 180 250 N Kjeldahl (mg N/L) 16 5,0 7,5 9,0 12 21 Nitrito (mg/L) 18 < 0,001 0,002 0,004 0,006 0,009 Nitrato (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 0,02 0,05 0,1 N Amoniacal (mg/L) 17 1,3 2,15 2,8 7 12 Ortofosfato (mg P/L) 18 0,30 1,18 1,64 1,90 2,90 Fósforo Total (mg P/L) 18 1,00 1,73 2,50 2,75 3,70 Condutividade (µmho/cm)

18 190 1660 3000 8000 14000

Cloreto (mg Cl/L) 18 100 535 930 2440 3420 Fenóis (mg/L) 8 < 0,001 - < 0,003 - 0,02 Cianeto (mg/L) 16 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Cromo (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,02 Manganês (mg/L) 17 0,11 0,16 0,18 0,2 0,65 Ferro (mg/L) 17 0,30 0,65 0,80 1,20 4,0 Níquel (mg/L) 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,03 0,1 Cobre (mg/L) 17 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,001 0,04 Zinco (mg/L) 16 < 0,005 0,015 0,025 0,04 0,17 Cádmio (mg/L) 17 < 0,001 < 0,001 0,002 0,002 0,02 Mercúrio (µg/L) 17 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,15 Chumbo (mg/L) 17 < 0,01 0,02 0,02 0,08 0,25 HPA’s (µg/L) 4 10 - 14,5 - 28 Fonte: FEEMA (2001).

117

Essas tabelas foram montadas pela Feema com objetivo de avaliar as condições

ambientais do rio Iguaçu e a influência da Refinaria no seu grau de poluição. Além disso,

foram também elaborados gráficos do tipo box plot.

Uma análise desses dados revela que os valores de cloreto e condutividade são

coerentes e mostram o efeito da maré, apresentando concentrações decrescentes a medida que

se caminha para montante do rio.

Dados mais atualizados, levantados em trabalho realizado pela Universidade Federal

Fluminense e Fundação Euclides da Cunha para atendimento à Petrobras são apresentados em

seguida, com as considerações dos autores do documento referentes aos mesmos pontos de

coleta da figura 22.

Os dados de área de bacia recoberta por cada ponto de amostragem foram obtidos a

partir dos mapas apresentados nos relatórios do Programa de Despoluição da Baía de

Guanabara (JICA, 1994). Os dados de vazão correspondem aos valores médios para épocas de

seca na região do estudo. Esses dados são apresentados na tabela 28. Tabela 28 - Dados de vazão dos rios Iguaçu e Sarapuí

PONTOS DE AMOSTRAGEM Ponto Vazão M3/s

Área Km2

Rio Iguaçu Ponto 1 19,2 519 Rio Iguaçu Ponto 2 20,1 544 Rio Iguaçu Ponto 3 26,8 559 Foz do Rio Sarapuí Ponto 4 16,2 165 Foz do sistema Iguaçu-Sarapuí Ponto 5 42,9 728

Fonte: BIDONE (2003).

As tabelas 29 e 30 apresentam concentrações de parâmetros incluídos no TCAA, por

dia amostrado e médias da campanha. Para estes, a legislação ambiental brasileira em vigor,

visando à qualidade das águas (Resolução Conama no 20 de 18 de junho de 1986), estipula

para as águas de Classe 2 (classificação da Feema para os rios incluídos neste estudo),

padrões de qualidade para fenóis, OD, sulfetos, DBO, benzo-a-pireno e metais, os quais são

mostrados nas tabelas.

118

Tabela 29 - Parâmetros indicadores de poluição em águas fluviais

Data Ponto MS RNFT O&G Fenóis DQO DBO COT CT

ml/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

Dia 29/04 P1 2,5 53 8,1 <0,1 149 15,0 3,5 3,6

P2 1,6 57 <0,1 164 12,0 2,5 3,2

P3 2,8 55 5,7 <0,1 185 12,0 4,5 5,1

P4 4,2 84 8,8 <0,1 274 29,0 8,5 8,5

Dia 30/04 P1 12,4 <0,1 181 3,5 4,1

P2 <0,1 214 1,0 1,0

P3 4,5 <0,1 219 1,0 1,0

P4 5,9 <0,1 281 5,5 6,3

Dia 02/05 P1 5,0 59 1,8 <0,1 197 19,0 4,5 5,0

P2 5,5 64 8,0 <0,1 167 17,0 7,5 8,1

P3 4,8 62 2,8 <0,1 193 14,0 6,5 7,2

P4 9,2 95 12,0 <0,1 342 39,0 11,5 12,1

Dia 03/05 P1 6,6 <0,1 202

P2 1,8 <0,1 223

P3 1,2 <0,1 219

P4 28,1 <0,1 472

Médias P1 3,8 56,0 7,2 182 17,0 3,8 4,2

P2 3,6 60,5 4,9 192 14,5 3,7 4,1

P3 3,8 58,5 7,1 204 13,0 4,0 4,4

P4 6,7 89,5 13,7 342 34,0 8,5 9,0

Padrão 2,5 53 8,1 0,001 <5,0 Notas: (1) Resultados em ppm, exceto MS: ml/L

(2) MS: Materiais Sedimentáveis, RNFT: Resíduo Não Filtrável Total, COT: Carbono Orgânico Total, CT: Carbono Total

Fonte: BIDONE (2003).

119

Tabela 30 - Parâmetros não metálicos nas amostras de águas fluviais

Data Ponto NH4+ OD S-2 Coprostanol Colesterol HPA (1) Σ 16 HPA(2)

mg.L-1 mg.L-1 mg.L-1 μg.L-1 μg.L-1 μg.L-1 μg.L-1

Dia 29/04 P1 1,7 0,04 0,05 44,6 26,4 2,22 0,34

P2 2,5 0,07 0,05 36,0 24,0

P3 4,0 0,05 0,3 32,6 19,2 0,68 0,10

P4 5,8 0,04 1,5 61,5 36,3 1,55 0,14

Dia 30/04 P1 3,7 0,00 0,1 22,0 16,1 0,72 0,10

P2 4,7 0,04 0,2 16,4 18,0

P3 4,3 0,15 0,1 10,5 8,7 0,88 0,06

P4 6,4 0,05 1,9 41,4 32,3

Dia 02/05 P1 0,1 0,03 1,0 69,4 28,6 0,68 0,08

P2 0,1 0,01 1,2 35,9 28,9 0,88 0,09

P3 0,1 0,02 1,1 18,9 19,6 0,65 0,07

P4 0,1 0,08 4,1 55,8 43,9

Dia 03/05 P1 1,2 0,06 0,2 36,7 16,4 0,93 0,11

P2 0,1 0,13 0,4 30,5 15,5 0,96 0,08

P3 0,1 0,18 0,05 15,0 5,3 0,63 0,10

P4 0,2 0,00 1,9 74,7 50,8 2,90 0,23

Médias P1 1,7 0,03 0,3 43,2 21,9 1,13 0,16

P2 1,8 0,06 0,5 29,7 21,6 0,92 0,09

P3 2,1 0,10 0,4 19,2 13,2 0,95 0,08

P4 3,1 0,04 2,4 58,3 40,8 2,23 0,19

Padrão >5,0 0,002 Notas: (1) somatório dos 37 HPA analisados (2) somatório dos 16 HPA prioritários (EPA) Fonte: BIDONE (2003).

As considerações que se seguem são transcritas do relatório final (BIDONE, idem): As concentrações de OD, DBO e sulfetos fora dos padrões estabelecidos em todos os pontos nos dias amostrados, indicam sistemas hídricos poluídos e extremamente carentes em oxigênio (anóxicos). Esses resultados indicam sistemas fluviais com cargas orgânicas elevadas, fortemente influenciadas por efluentes domésticos. Isso pode ser confirmado pelas altas concentrações encontradas para Coprostanol e Colesterol, substâncias indicadoras desse tipo de efluente (os maiores valores médios estão associados aos Pontos 1 e 4). Os dados de amônia são característicos de rios poluídos a altamente poluídos, sobretudo por efluentes domésticos (BIDONE et al., 1999). Alguns dados

120

de carbono (COT e CT) são altos quando comparados com rios não poluídos (no geral esses ficam abaixo de 5 mg. L-1). As cargas de RNFT não são incomuns, mesmo considerando alguns rios não contaminados (para efluentes domésticos os valores médios são de aproximadamente 200 mg.L-1). Por outro lado, os dados de DQO são elevados e indicam a presença de materiais fortemente refratários, cuja fonte pode ser antrópica mas, também, natural. Óleos e graxas, e a presença de concentrações relevantes de HPAs, completam o quadro característico de alta poluição dos sistemas estudados, sendo que os maiores valores médios encontram-se nos Pontos 1 e 4, reforçando sua origem em efluentes domésticos.

A tabela 31 apresenta, para efeito comparativo, parâmetros de qualidade de algumas

fontes de captação de água industrial de refinarias da Petrobras e do rio Iguaçu, considerados

fundamentais na avaliação da potencialidade de seu uso.

3.2.2.2 Efluente de ETE Municipal

A reutilização de águas de esgotos tratados para fins não potáveis pode ser um

importante mecanismo no aproveitamento de recursos hídricos.

A água livre de organismos patogênicos e que normalmente é devolvida aos rios pode

ser utilizada para várias finalidades, como: limpeza pública, irrigação de jardins, refrigeração

de equipamentos industriais e lavagens de veículos.

Há um mercado potencial muito grande para essa água ser reutilizada. Em São Paulo,

a Sabesp introduziu em três estações de tratamento de esgotos (ETEs) a possibilidade de reúso

da água a um custo bem inferior ao da água potável (HESPANHOL, 1999; National Research

Council, 1998 apud TUNDISI, 2003).

BLUM (2003) observa que há um grande número de casos bem sucedidos de reúso de

água em termelétricas nos Estados Unidos, especialmente nos estados da Califórnia, Texas e

Nevada em que a água de reúso é proveniente de estações de tratamento de esgotos

municipais.

121

Tabela 31 - Qualidade da água captada em mananciais para refinarias da Petrobras

Nota 1: Pontos de coleta correspondem a estações na captação da refinaria Nota 2: Tabela montada a partir de tabelas de relatórios da FBDS/Petrobras para avaliação da disponibilidade de recursos hídricos nas refinarias O.D.: Oxigênio Dissolvido; DBO: Demanda BioQuímica de Oxigênio; DQO: Demanda Química de Oxigênio Condutividade: (μmho)/cm) Fonte: Cetesb, Feema, Petrobrás (relatórios internos).

PARÂMETROS

Rio Jaguari (Replan-

SP)

Rio Guandu(Reduc-

RJ)

Rio Saracuruna(Reduc-RJ)

Rio Paraiba do Sul

(Revap-SP)

Rio Cubatão (RPBC-

SP)

Rio Tamanduateí(Recap-SP)

Rio Iguaçu

(RJ)

pH 6,7 – 7,5 6,5 – 6,8 5,4 – 7,2 5,5 – 6,5 6,4 – 7,4 6,9 – 7,3 6,3 – 7,7

O.D. (mg/L) 0,6 – 2,7 0,1 – 6,6 1,8 – 6,0 4,8 – 7,3 < 0,1 < 0,1 – 2,0

DBO5,20 (mg/L) 3 – 11 2,0 – 110 1 – 2 < 0,1 109 – 159 4,0 – 60

DQO (mg/L) 15 – 58 10 – 120 4 – 20 < 17 157 – 305 20 – 500

Nitrato (mg N/L) 0,02 – 0,25

4 – 10 0,01 – 0,6 0,05 – 0,28

0,02 – 0,70

0,02 – 0,25 0,01 – 0,25

Nitrito (mg N/L) < 0,005 – 0,032

0,001 – 0,05 0,009 – 0,017

0,001 – 0,06

0,004 – 0,06 0,002 – 0,01

Amônia (mg N/L) 0,76 – 4,8 0,3 – 4,6 0,02 – 0,14

0,02 – 0,09

17,3 – 23,6 0,70 – 19,0

Kjeldahl (mg N/L) 1,10 – 4,90

0,5 – 3,5 0,20 – 1,20

0,04 – 0,92

21,7 – 29,6 2 – 17

Fósforo Total (mg P/L)

0,125 – 0,80

0,1 – 1,1 0,02 – 0,09

0,01 – 0,06

2,11 – 4,50 0,40 – 3,40

R.F. (mg/L) 104 – 192 75 – 128 42 – 8690 7 – 130 27 – 67 388 – 512 230 – 14000

R.N.F. (mg/L) 13 – 101 10 – 39 2 – 50 4 – 91 6 – 73 36 – 368 3,6 – 250

R.T (mg/L) 117 – 235 47 – 172 35 – 140 449 – 814 Turbidez (NTU) 22 – 160 8 – 69 5 – 20 10 – 92 3 – 10 15 – 42 Cloreto (mg Cl/L) 2,7 – 6,2 1,9 – 5,2 7 – 1000 3,1 – 7,0 0,5 – 9,3 60,3 – 104,0 120 –

5240 Condutividade 62 – 179 60 – 1600 47 – 94 46 – 68 689 – 918 90 –

16300 Ferro (mg Fe/L) 2,76 –

11,50 0,27 – 1,59

1,1 – 20 0,37 – 3,16

0,40 – 0,63

1,15 – 15,30 0,65 – 3,5

Manganês (mg Mn/L)

0,01 – 0,20

0,08 – 0,3 0,03 – 0,09

0,06 – 0,11

0,33 – 0,52 0,11 – 0,25

Fenóis (mg/L) <0,003 – 0,008

0,001 – 0,004 < 0,001 < 0,002 0,057 – 2,60 < 0,001 – 0,01

Sílica (mg/L) 1,8 – 4,8 1,2 – 3,25 Q7,10 (m3/s) 5,147 130 52,161 2,25 0,15 2,58

122

TAY e CHUI (1991), em artigo publicado pela revista Water Science and Technology,

abordam o reúso de efluentes na ilha de Cingapura, onde foi construída uma estação de

tratamento avançado para tratamento de efluentes secundários de 45.000 m3/dia. O efluente

secundário é bombeado da estação de tratamento de esgoto municipal para a estação de

recuperação de água para reúso, cuja seqüência de tratamento empregado é: pré-cloração,

clarificação química, filtração rápida em leito de areia, aeração e pós-cloração. As

características do efluente secundário (alimentação) e do efluente para reúso são mostradas na

tabela 32.

Tabela 32 - Características do efluente para reúso em Cingapura

Efluente para Reúso Parâmetro Efluente Secundário Faixa de variação Média

Turbidez (JTU) 13,5 1 – 2 1,5 DBO5 (mg/L) 17 2 – 4 2,7 DQO (mg/L) 84 30 – 42 36 Oxigênio dissolvido (mg/L) 2,7 5 – 6 5,8 NH3-N (mg/L) 32,1 15 – 25 20 Sólidos suspensos (mg/L) 20 2 – 5 3 Sólidos Totais ( mg/L) 505 260 – 900 415 Cloreto (mg/L) 80 95 – 390 221 Dureza total (mg/L) 133 80 – 190 126 Fosfato total (mg/L) 3,9 1 – 3 1,7 Alcalinidade (mg/L) 182 130 – 165 140 Coliforme total/ml 3,5 x 104 - - Coliforme Fecal/ml 4,2 x 102 - -

Fonte: TAY e CHUI (1991).

Para utilização dessa água em substituição à água com qualidade potável de reposição

das torres de resfriamento em 1984, uma das refinarias da ilha investiu US$ 300.000,00 na

instalação adicional de tubulações, válvulas de controle, sistema automático de dosagem de

produtos químicos, cloradores e filtro de areia. O efluente reutilizado é utilizado para

refrigeração de 52 bombas e no descoqueamento dos tubos dos fornos da refinaria. Além

dessas aplicações, a água de reúso substituiu também água potável dos toaletes e lavagens em

geral, proporcionando uma economia de 10.000 m3/mês de água potável.

A ETE municipal mais próxima da Reduc com capacidade e instalações que podem

gerar volume de efluentes para atendimento às necessidades de uma indústria do porte da

refinaria está em fase de construção pelo Governo Estadual, sob administração da Companhia

Estadual de Águas e Esgotos (CEDAE), localizada em Vigário Geral a cerca de 15 km de

123

distância. A construção dessa ETE faz parte do Programa de Despoluição da Baía de

Guanabara e trata-se de um sistema de lodos ativados, sendo que a primeira etapa (tratamento

primário) já foi concluída e encontra-se em funcionamento.

3.2.3 Viabilidade Técnica e Econômica

Na abordagem da viabilidade econômica das oportunidades ora citadas como

alternativas de reúso para a Reduc, é adotada a metodologia estabelecida por RICHARD

(1998) na avaliação de projetos recentes, complementada com informações e critérios

praticados na indústria de petróleo nacional quando julgados pertinente. Nesse caso, são

referenciados para melhor julgamento do leitor.

A metodologia utilizada para estimativa dos custos de reúso está baseada na aplicação

prática de diversas instalações americanas e, embora haja diferenças em relação a algumas

parcelas para os custos nacionais (mão de obra e serviços, por exemplo), entendemos que as

parcelas principais como equipamentos e materiais têm custo universal, haja vista o caráter

internacional dos fornecedores de tecnologias. Além disso, em análises comparativas, tais

diferenças tendem a tornarem-se nulas para efeito de avaliação final quando utilizados os

mesmos critérios.

SANTOS (2003), ao abordar a metodologia de RICHARD (op.cit.), faz uma síntese de

aspectos relevantes na estimativa dos custos de sistemas de reúso os quais reproduzimos: Devem ser considerados: − Custos de construção; − Custos anuais de operação e manutenção; − Custos do volume anual produzido, ou custos da vida útil, combinando-se a amortização do investimento com os custos anuais de operação e manutenção, representando o resultado em reais/1.000 metros cúbicos/ano. Os custos da vida útil são úteis na comparação de alternativas econômicas ao projeto de reúso, devendo ser feita em conjunto com a estimativa da receita esperada durante um período específico de tempo (20 anos, por exemplo). Pode então ser identificado o ponto de equilíbrio receita/despesa do projeto. Os custos são estimados levando-se em conta a capacidade da instalação, a finalidade do reúso e a configuração do tratamento selecionado. RICHARD (1998) assume custos de implantação do canteiro e do sistema elétrico, respectivamente iguais a 10% e a 15% do custo total da instalação. Os custos anuais de operação do sistema de tratamento e distribuição incluem salários, energia elétrica, produtos químicos e manutenção referentes a reparos e substituição de peças. Os custos de pessoal dependem do porte e da complexidade da instalação. Os custos de manutenção são tomados como 5% do custo inicial do equipamento, salvo para a manutenção de tubulações e reservatórios, tomados como 2% do investimento.

124

Segundo RICHARD, os custos de operação e manutenção devem também abranger os custos de manejo dos lodos primários, secundários em excesso e lodos químicos de processos terciários, tomados como de US$ 150,00/tonelada de sólidos secos, incluindo-se, nesse custo, algum tipo de digestão, bombeamento, desidratação e reúso agrícola. Os custos de investimento abrangem os de construção da estação de tratamento, dos reservatórios e do sistema distribuidor, inclusive elevatórias.

Com base nos dados obtidos e acima sintetizados, as tabelas 33 a 35, a seguir, foram

montados e dão uma visão ótima de estimativas de custos de instalações de reúso pesquisadas

por RICHARD (1998): Tabela 33 - Estimativa de custos de construção de estações recuperadoras

Processo de tratamento Investimento, US$(a)

158 m3/h 788 m3/h 1577 m3/h

1. Tratamento primário 2.950.000 5.300.000 7.550.000

2. Lodo ativado convencional 6.100.000 14.400.000 24.900.000

3. Lodo ativado combinado com biofiltro 6.500.000 15.200.000 26.100.000

4. Aeração prolongada 5.700.000 13.200.000 24.950.000

5. Tratamento secundário mais instalação para exigências do “Título 22 do Código da Califórnia”

8.400.000 18.400.000 35.300.000

6. Tratamento secundário mais filtração direta 6.900.000 15.700.000 30.000.000

7. Tratamento secundário mais filtração por contato 7.050.000 16.650.000 30.900.000

8. Tratamento secundário, filtração por contato e remoção de fósforo

7.100.000 18.100.000 34.500.000

9. Processo Bardenpho 7.600.000 20.800.000 38.200.000

10. Tratamento secundário, filtração por contato, adsorção por carvão

9.050.000 25.550.000 49.350.000

11. Tratamento secundário, filtração por contato, adsorção por carvão, osmose reversa

13.450.000 43.800.000 84.150.000

12. Tratamento secundário, calagem, osmose reversa 12.100.000 35.450.000 65.450.000

(a) Nota: Preços de junho de 1996 (ENRCCI = 5600). Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD (1998).

125

Tabela 34 - Estimativa de custos de operação e manutenção de estações

Custos de operação e manutenção (US$/ano) Processo de tratamento 158 m3/h 788 m3/h 1577 m3/h

1. Tratamento primário 150.000 530.000 960.000 2. Lodo ativado convencional 270.000 930.000 1.730.000 3. Lodo ativado combinado com biofiltro 300.000 1.060.000 1.990.000 4. Aeração prolongada 300.000 1.030.000 1.950.000 5. Tratamento secundário mais Título 22 520.000 1.960.000 3.810.000 6. Tratamento secundário mais filtração direta 350.000 1.200.000 2.290.000 7. Tratamento secundário mais filtração por contato

340.000 1.200.000 2.280.000

8. Tratamento secundário, filtração por contato, remoção de fósforo

660.000 2.730.000 5.340.000

9. Processo Bardenpho® 280.000 1.040.000 2.120.000 10.Tratamento secundário, filtração por contato, absorção por carvão

820.000 3.400.000 6.680.000

11. Tratamento secundário, filtração por contato, absorção por carvão, osmose reversa

1.240.000 4.960.000 9.600.000

12. Tratamento secundário, calagem, recarbonatação, osmose reversa

1.060.000 4.230.000 8.100.000

Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD, 1998.

Tabela 35 - Custos da vida útil conforme o processo de tratamento

Custos da vida útil, US$/1000m3 Processo de tratamento 158 m3/h 788 m3/h 1577 m3/h

1. Tratamento primário Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

250 109 359

91 78

169

65 70

135 2. Lodo ativado convencional Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

522 196 718

246 136 382

212 125 337

3. Lodo ativado combinado com biofiltro Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

557 221 778

259 155 414

223 145 368

4. Aeração prolongada Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

486 218 704

226 149 375

212 142 354

5. Tratamento secundário mais Título 22 Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

718 377

1095

315 285 600

301 277 578

126

Tabela 35 - Custos da vida útil conforme o processo de tratamento

Custos da vida útil, US$/1000m3 Processo de tratamento 158 m3/h 788 m3/h 1577 m3/h

6. Tratamento secundário mais filtração direta Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

589 255 844

268 174 442

256 167 423

7. Trat. secundário mais filtração por contato Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

602 251 853

284 174 458

264 166 430

8. Trat. sec., filt. por contato, remoção de P Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

606 482

1.088

310 396 706

294 388 682

9. Processo Bardenpho® Custo de construção Custo da operação e manutenção Total

650 198 848

356 145 501

327 147 474

10. Trat. sec., filt. contato, adsorção por carvão Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

773 593

1.366

437 495 932

429 486 915

11. Ítem 10 seguido de osmose reversa Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

1.147 899

2.046

747 721

1.468

718 696

1.414 12. Tratamento secundário, calagem, CO2, osmose reversa Custo de construção Custo de operação e manutenção Total

1.032 766

1.798

604 614

1.218

559 589

1.148

Fonte: RICHARD, TCHOBANOGLOUS, ASANO apud RICHARD (1998).

Freqüentemente, o planejamento de um sistema de recuperação de água recomenda a

implantação de tratamento avançado numa instalação existente, em vez da construção de uma

estação de tratamento de reúso totalmente nova. Para esses casos, os custos incrementais do

tratamento são avaliados isolando-se os componentes adicionais e estimando seus reflexos nos

custos operacionais da instalação (SANTOS, 2003).

O custo total por ano, ou custo anual durante a vida útil (life cycle cost), é obtido

dividindo-se o custo anual total (amortização anual do capital somada com o custo

operacional anual) pelo volume anual produzido. A análise do custo anual assume uma vida

útil de 20 anos e uma determinada taxa de retorno para o investimento.

A aplicação dos custos levantados por RICHARD (op.cit.) para o estudo de caso de

reúso do efluente final da Reduc, conforme figura 21, permite-nos a criação da tabela 36, a

127

seguir, considerando-se também a figura 8, referente à evolução decrescente dos custos de

membranas (principal componente de operação e manutenção), que se encontra no item 2.3.2,

“Tratamento com Membranas”.

Tabela 36 - Obtenção dos custos da vida útil para reciclo do efluente final com vazão de 700 m3/h

Discriminação Unidade Quantitativo dado ou calculado

a) Vida útil da instalação Anos 20 b) Taxa de retorno do investimento % a. a. 10 c) Fator de recuperação do capital 0,11745 d) Custo de construção US$ 18.367.900 e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c) US$ 2.157.310 f) Custo anual de operação e manutenção US$ 291.552* g) Custo anual total (g = e + f) US$ 2.448.862 h) Vazão da estação m3/h 700 i) Dias do ano dias 365 j) Vazão anual produzida 1.000 m3 6.132 k) Custo da vida útil (k = g/j) US/1000 m3 339,35

Obs.: 1-não estão computados nessa avaliação os custos de investimento correspondentes à tubulação para condução do fluido. 2- os custos de operação e manutenção excluem o tratamento secundário. *Valor obtido multiplicando-se o fator 1/9 com relação ao ano de 1996, na figura 8.


Para obtenção dos custos da vida útil é feita uma composição dos dados relacionados

nas tabelas 33, 34 e 35, considerando-se um tratamento de reciclo com filtração direta, carvão

ativado e osmose reversa.

A composição do custo de construção é elaborada a partir de uma adaptação da tabela

33, conforme o seguinte procedimento:

1) Construção da curva de investimentos para os itens 11, 7, 2 e 6, conforme as

figuras 23, 24, 25 e 26.

2) Interpolação dos valores correspondente à vazão desejada.

3) Do valor correspondente ao item 11, são subtraídos os valores dos itens 7 e 2, e em

seguida adicionado o valor do item 6. Dessa forma, é possível estabelecer os

valores para o arranjo correspondente à tabela 36.

128

Figura 23 - Curva de investimento para tratamento secundário, filtração por contato, adsorção por carvão e osmose reversa Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).

Figura 24 - Curva de investimento para lodo ativado convencional Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).

Investimento item 11- Tabela 33

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000110012001300 1400 1500 1600 1700

m3/h

MM

U$

LA convencional - Item 2, Tabela 33

02468

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

m3/h

M

MU

S$

129

Figura 25 - Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração direta Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).

Figura 26 - Curva de investimento para tratamento secundário seguido de filtração por contato Fonte: O próprio autor a partir de dados de RICHARD (1998).

LA + Filtração Direta - Item 6, Tabela 33

02468

101214161820222426283032

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

m3/h

LA + Filtração por contato - Item 7, quadro 10

02468

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

m3/h

MM

US$

M

MU

S$

130

Esse mesmo procedimento é adotado para o custo de operação e manutenção,

corrigindo-se o valor então obtido, segundo a curva da figura 8, item 2.3.2, anteriormente

citada.

Com base nesse conjunto de informações, é possível também estabelecermos o custo

da vida útil da instalação de um sistema de regeneração e reúso de efluente da ETA e das

torres através do processo de centrifugação (figura 20, no item 3.2.1.3), conforme mostrado

na tabela 37.

Tabela 37 - Custos da vida útil para centrifugação do lodo da ETA


a) Vida útil da instalação Anos 20 b) Taxa de retorno do investimento % a. a. 10 c) Fator de recuperação do capital 0,11745 d) Custo de construção R$ 3.500.000,00* e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c) R$ 411.075 f) Custo anual de operação e manutenção R$ 150.000,00 g) Custo anual total (g = e + f) R$ 561.075 h) Vazão da estação m3/h 152 i) Dias do ano dias 365 j) Vazão anual produzida 1.000 m3 1331 k) Custo da vida útil (k = g/j) R$/1000 m3 421,54 FRC = ( ( 1 + i )n. i / (1 + i )n – 1 ) onde: i = taxa anual de juros, decimal (10%) e n = vida útil do equipamento. * Custo de instalação completa de centrífuga na Reduc e tubulação de transporte para recuperação de blowdown das torres de refrigeração. Fonte: O próprio autor, adaptada de RICHARD (1998).

As tabelas 38 e 40 apresentam a previsão dos custos com as modificações simuladas

nas figuras 19, 20 e 21 (fluxogramas) e dos custos totalizados, usando vazões de reciclo de

700 m3/h e 600 m3/h respectivamente.

Os valores apresentados na coluna com título de “Arranjo Atual” são custos médios

contabilizados pela Reduc em 2001 e incluem mão de obra, energia, produtos químicos e

manutenção.

131

Tabela 38 - Estimativa de custo total da água na Reduc

Arranjo Atual (figura 19)

Reúso Interno (figura 20)

Reciclo de Efluente (figura 21)

CORRENTE

R$/m3

m3/h

R$/ mês

R$/m3

m3/h

R$/ mês

R$/m3

m3/ h

R$/ mês

Bruta (incêndio etc) 0,16 141 16.243 0,16 81 9.331 0,16 141 16.243

Clarificada p/torres 0,51 380 139.536 0,51 271 99.511 0,51 380 139.536

Industrial de serviços

0,32 377 86.861 0,32 297 68.429 0,32 317 73.037

Industrial recuperada 0,42 0 0 0,42 152 45.965 0,42 0 0

Desmineralizada 0,52 24 8.986 0,52 24 8.986 0,52 24 8.986

Potável 0,396 100 28.512 0,396

100 28.512 0,396 100 28.512

Descarga clarificação

0,32 24 5.530 0,32 24 5.530 0,32 24 5.530

Polida 0,679 446 218.040 0,679

446 218.040 1,79* 446 574.805

Tratamento do efluente

0,65 980 458.640 0,65 639 299.052 0,65 1260 589.680

Lançamento no rio 980 639 574

Total 962.348 783.356 1.436.329 (*) 0,65 R$ + (0,339 US$ x 2,9 R$/US$) + (0,679 – 0,52) R$ Fonte: O próprio autor.

Na tabela 38, é possível observar que as parcelas referentes à água polida e tratamento

de efluentes são determinantes no diferencial dos custos de cada arranjo. Isso se dá,

logicamente, porque o investimento para regeneração objetivou a produção de água para os

geradores de vapor, e a eficiência adotada de 65% reflete a situação mais desfavorável.

A qualidade da água de reúso produzida depende da qualidade do efluente da ETDI e

na literatura são citados sistemas de osmose com recuperação variando de 60 a 90%. Se

admitirmos, então, uma recuperação da osmose de 80% (projeto da Ondeo-Degremont de

água do rio Paraíba do Sul para a Revap), teríamos os seguintes valores finais para uma

osmose de 600 m3/h (tabela 39):

132

Tabela 39 - Exemplo de cálculo para tratamento do reciclo para 600 m3/h


a) Vida útil da instalação Anos 20 b) Taxa de retorno do investimento % a. a. 10 c) Fator de recuperação do capital 0,11745 d) Custo de construção US$ 14.978.800 e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c) US$ 1.759.260 f) Custo anual de operação e manutenção US$ 237.765* g) Custo anual total (g = e + f) US$ 1.997.025 h) Vazão da estação m3/h 600 i) Dias do ano dias 365 j) Vazão anual produzida 1.000 m3 5.256 k) Custo da vida útil (k = g/j) US/1000

m3 379,95

Obs.: 1-não estão computados nessa avaliação os custos de investimento correspondentes à tubulação para condução do fluido. 2- os custos de operação e manutenção excluem o tratamento secundário. * Valor obtido multiplicando-se o fator 1/9 com relação ao ano de 1996, na figura 8. Fonte: O próprio autor. Tabela 40 - Estimativa de investimento para reciclo do efluente da Reduc (Vazão de 600 m3/h)

Arranjo Atual Reúso Interno Reciclo de Efluente CORRENTE R$/

m3 m3/

h R$/ mês

R$/m3

m3/h

R$/ mês

R$/ m3

m3/h

R$/ mês

Bruta (incêndio etc) 0,16 141 16.243 0,16 81 9.331 0,16 141 16.243

Clarificada p/torres 0,51 380 139.536 0,51 271 99.511 0,51 380 139.536

Industrial de serviços

0,32 377 86.861 0,32 297 68.429 0,32 317 73.037

Industrial recuperada 0,42 0 0 0,42 152 45.965 0,42 0 0

Desmineralizada 0,52 24 8.986 0,52 24 8.986 0,52 24 8.986

Potável 0,396 100 28.512 0,396 100 28.512 0,396 100 28.512

descarga clarificação 0,32 24 5.530 0,32 24 5.530 0,32 24 5.530

polida 0,679 446 218.040 0,679 446 218.040 1,91* 446 613.339

Tratamento do efluente

0,65 980 458.640 0,65 639 299.052 0,65 1127 527.436

Lançamento no rio 980 639 569

Total 962.348 783.356 1.412.619 (*) 0,65 R$ + (0,380 US$ x 2,9 R$/US$) + (0,679 – 0,52)R$


133

Não obstante o custo do tratamento com reciclo apresentar-se cerca de 47% mais alto,

é importante atentar para o fato de haver a necessidade de ampliação do tratamento

secundário na ETDI, haja vista a limitação de capacidade das lagoas de tratamento biológico

em 1.100 m3/h.

3.2.3.1 Estimativa do Custo de Utilização do Rio Iguaçu

A utilização do canal do Cunha como fonte de água em instalação industrial, visitada

pelo autor, permite-nos prever para efeito de análise, uma instalação para a Reduc composta

de elevatória, reservatório-pulmão para equalização de vazão e desinfecção, ultrafiltração e

osmose reversa, conforme diagrama simplificado da figura 27.

A tabela 41 mostra estimativa do custo da água produzida por essa alternativa,

utilizando a mesma metodologia anterior e considerando-se a produção de 600 m3/h.

Tabela 41 - Custos da vida útil para ultra e osmose do rio Iguaçu


a) Vida útil da instalação Anos 20 b) Taxa de retorno do investimento % a. a. 10 c) Fator de recuperação do capital 0,11745 d) Custo de construção US$ 15.000.000 e) Custo anual de amortização do capital (e = d. c) US$ 1.761.750 f) Custo anual de operação e manutenção US$ 238.101 g) Custo anual total (g = e + f) US$ 1.999.851 h) Vazão da estação m3/h 600 i) Dias do ano dias 365 j) Vazão anual produzida 1.000 m3 5.256 k) Custo da vida útil (k = g/j) US/1000 m3 380,5 Nota: Custo do projeto baseado em unidades em construção na Petrobras, de 3 milhões de dólares para ultrafiltração de 600 m3/h na Reduc (captação do rio Saracuruna, tabela 31), e de 3 milhões de dólares para osmose reversa de 120 m3/h na Replan (captação no rio Jaguari, tabela 31). Fonte: O próprio autor.

134

Figura 27 - Diagrama simplificado de aproveitamento do rio Iguaçu Fonte: O próprio autor. 3.2.3.2 Impactos da Cobrança na Reduc Utilizando Critérios do Ceivap

O Conselho Nacional de Recursos Hídricos aprovou em 14 de março de 2002 a

cobrança pelo uso da água para a bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, estabelecida pelo

Ceivap (Comitê de Integração do Vale do Paraíba) segundo critério de cálculo que leva em

consideração a captação, o consumo e os níveis de lançamento no corpo receptor. A fórmula

de cálculo de pagamento pelo uso da água é a seguinte (PERES e Salati, 2003):

Valor (R$/mês) = Qcap x [Ko + K1 + (1 – K1) x (1 – K2 x K3)] x PPU

Onde:

Qcap: corresponde ao volume de água captada durante um mês, em m3/mês;

Ko: multiplicador de preço unitário para captação (inferior a 1,0 e definido pelo

Ceivap). Valor atual igual a 0,4 (definido pela Deliberação Ceivap no 08);

K1: quociente entre o volume consumido e o volume captado pelo usuário

(correspondente à parte do volume captado que não retorna ao manancial);

K2: percentual do volume de efluentes tratados em relação ao volume total de

efluentes produzidos;

K3: eficiência de redução de DBO na estação de tratamento de efluentes;

PPU: é o preço público unitário, em R$/m3. Valor atual igual a R$ 0,02/m3 (definido

pela Deliberação Ceivap no 08).

Bacia existente ~ 140.000 m3

ETDI

Ultrafiltração Osmose Reversa

Rejeito

Rejeito da osmose

Rio Iguaçu

135

Apresentada em parcelas separadamente, captação, consumo e lançamento, pode ser

reescrita como segue:

Valor (R$/mês) = Qcap x PPU x Ko + Qcap x PPU x K1 + Qcap x PPU x (1 – K1) x (1 – K2 x K3)

Com base nessa fórmula de cobrança, a tabela 42 mostra comparativamente o impacto

para as cinco situações do nosso estudo de caso, considerando-se uma remoção de 85% de

DBO, enquanto a tabela 43 apresenta o retorno do capital em função dos valores após

modificações. Tabela 42 - Estimativa do custo da cobrança pelo Ceivap

Custo Captação Consumo Lançamento

Arranjo

Captação

(m3/h)

Efluente (m3/h) (R$/mês) (%) (R$/ mês) (%) (R$/ mês) (%)

Total (R$/ mês)

Atual 1492 980 8.594 26,7 21.485 66,7 2.117 6,6 32.196 Reúso interno

1151 639 6.630 27,0 16.574 67,4 1.380 5,6 24.584

Reciclo 986 574 5.679 26,9 14.198 67,2 1.240 5,9 21.117 Baía 1865 1353 10.742 32,4 19.483 58,8 2.922 8,8 33.147 Iguaçu 1865 1353 10.742 32,4 19.483 58,8 2.922 8,8 33.147 ETE 1865 1353 0 0 0 0 2.922 100 2.922 Obs.: 1) Para efeito estimativo, considerou-se uma eficiência de 80% nas alternativas, baía, Iguaçu e ETE. 2) Sistema atual, reúso e reciclo, considerou-se todo volume captado como consumido devido transposição de bacia. Fonte: O próprio autor. Tabela 43 - Relação investimentos, custos Ceivap e tempo de retorno

Arranjo Investimento estimado (MM R$)

Custo médio Ceivap

(R$/mês)

Economia c/modificações

(R$/mês)

Retorno (anos)

Atual - 32.196 - - Reúso interno 3,5 24.584 7.612 38,3 Reciclo 43,4 21.117 11.079 326 Baía 100,9(*) 33.147 - 951 - Iguaçu 100,9 33.147 - 951 - ETE - 2.922 29.274 -

(*) Tabela 33 (item 11 - item 10), considerando 2,9 R$/US$ Fonte: O próprio autor.

136

Na tabela 43, fica claro que do ponto de vista financeiro em se considerando

exclusivamente a estimativa atual da cobrança pelo uso através do Ceivap, o retorno

econômico somente seria possível teoricamente para os casos de reúso interno e regeneração

com reciclo, e mesmo assim, num prazo excessivamente longo.

137

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Uma análise crítica dos resultados obtidos com as simulações para o estudo de caso

montado para a Reduc permite-nos inferir algumas considerações extremamente importantes

para a gestão industrial de recursos hídricos, considerações essas relativas aos investimentos

necessários para atingirmos o produto final e os benefícios obtidos pela indústria e pela

sociedade com as transformações estabelecidas.

Em primeiro lugar, é preciso garantir a viabilidade técnica dos projetos no que

concerne à qualidade do produto (água para abastecimento da refinaria) e depois ordenar

segundo critérios de prioridades que estabeleçam a possibilidade de compará-los, tais como:

custo de investimento, facilidades operacionais, atendimento legal, economia de recursos de

operação e manutenção, ganho ambiental produzido, impacto na lucratividade do negócio,

para citar alguns, e os quais consideramos os mais importantes no momento. A ponderação

desses critérios deve ser estabelecida de acordo com o momento da análise, cabendo a quem

tem o poder da decisão julgá-los em função dos planos estratégicos da instalação industrial.

Ressalte-se, também, que a garantia de rentabilidade do negócio é o empreendimento como

um todo, no qual o recurso hídrico são um dos componentes de viabilização.

Com relação à viabilidade técnica das alternativas abordadas, podemos afirmar, por

tudo que foi explanado ao longo do trabalho, que as tecnologias existentes atualmente

possibilitam a transformação de quaisquer das fontes de água estabelecidas nas 5 alternativas

examinadas (reúso interno, reciclo com regeneração, água salgada da baía de Guanabara, água

salobra do rio Iguaçu e esgoto sanitário municipal) em recurso hídrico para aplicação na

refinaria. As modernas tecnologias de membranas filtrantes complementadas pelas operações

de polimento através de troca iônica garantem o mais alto nível de qualidade de água

necessário para os processos exigidos na indústria do refino de petróleo. Portanto, esse critério

é atendido plenamente.

Não há dúvidas de que a indústria de tratamento de água está atravessando um

importante momento, uma vez que a necessidade de aumentar a disponibilidade e a qualidade

de água tem crescido muito em várias regiões do planeta. O custo da produção está caindo e a

performance tem melhorado com uma produção cada vez mais eficiente. A qualidade de água

produzida já não é um problema técnico. A principal luta ainda é o custo da produção que,

embora em queda, ainda não atingiu níveis que possam ser praticada universalmente.

Quanto aos investimentos necessários para cada uma das opções, observa-se um

considerável emprego de recursos financeiros para atingir a qualidade de água desejada em

138

todas as alternativas apontadas. Dessas, um destaque especial para o caso de reúso interno que

apresenta as condições mais atrativas financeiramente. No caso mostrado, em que foram

aplicados tão somente princípios básicos de engenharia de processos, obtém-se uma economia

média de cerca de 19% nos custos mensais com investimentos em tubulação para transporte

do fluido e tratamento do lodo que somaram R$ 3,5 milhões.

Por outro lado, a opção do reciclo através da regeneração do efluente final exigiria um

capital estimado de R$ 43,4 milhões para construção de um sistema de tratamento para

recuperação da qualidade da água, acrescentando às despesas mensais cerca de R$ 450 mil, o

que corresponderia a 46,8 % de aumento nos custos atuais de tratamento. Ou seja, o custo

final da primeira alternativa, reúso interno, é praticamente a metade da opção de reciclo.

Os custos de investimento para as alternativas da baía de Guanabara e rio Iguaçu são

equivalentes pela qualidade das águas e similaridade no processo de tratamento, diferindo

apenas na quantidade (capacidade dos mananciais) possível de captação devido à restrição de

vazão mínima do rio Iguaçu. Esse diferencial favorece a opção pela baía, por economia de

escala. Considerando, portanto, o valor médio de R$ 1,10 por m3 de água permeada nesses

processos, e substituindo os novos valores correspondentes na tabela 40, os custos mensais

para o arranjo atual seriam elevados de R$ 962.348,00 para R$ 1.743.667,00, ou seja, um

acréscimo de 81% nos custos de tratamento.

Quanto à opção do aproveitamento dos esgotos municipais, os investimentos na

construção da estação de tratamento poderiam até ser inferiores aos demais, entretanto, a

distância da ETE de Vigário Geral implicando em desapropriações ao longo do trajeto e a

instalação de tubulação para transporte por um trajeto em regiões densamente povoadas com

consideráveis impactos ambientais, praticamente inviabiliza no momento essa opção perante

as demais, razão pela qual não a contemplamos na avaliação econômica. Ainda com relação à

opção pela ETE, entendemos que qualquer investimento nesse sentido somente seria

justificável como ação sócio-ambiental uma vez que para um investimento com retorno de 10

anos (tempo considerado razoável para investimentos de porte), o custo do empreendimento,

deveria atingir no máximo R$ 3.512.880,00, valor que não seria suficiente nem para

instalação da tubulação de transporte.

Para análise ambiental remetemo-nos às tabelas 24 a 30.

Do ponto de vista do corpo receptor de efluentes da refinaria (Rio Iguaçu), não haverá

ganho ambiental significativo com o reúso interno, haja vista que a redução de 341 m3/h no

lançamento não tem correspondência na carga de lançamento. Na verdade, ao menor volume

então a lançar, corresponderá a uma concentração maior de resíduos sólidos. A concentração

139

média de RNFT lançada pela refinaria no ano de 2001, por exemplo, foi de 27,8 ppm,

conforme relatórios Procon/Feema. Com a vazão do rio nas proximidades da Reduc de 26,8

m3/s (96.480 m3/h) e de lançamento de efluentes correspondendo a 0,272 m3/s (980 m3/h),

houve um acréscimo da ordem de 0,08% na concentração desses sólidos, se considerada a

concentração média do rio de 25 ppm conforme registrado pela Feema na tabela 25. Esse

percentual será mais elevado nas situações de vazão mínima do rio (2,58 m3/s) e terá efeito

diluidor nas situações em que as concentrações ultrapassem 30 ppm como os apresentados na

tabela 29. Em qualquer dos casos, tanto na concentração quanto na diluição, os valores de

registro apontam para impactos ambientais, sejam positivos ou negativos, que podem ser

considerados desprezíveis para efeito de mudança na qualidade do rio relativo a esse

parâmetro. Nesse caso, o benefício ambiental é auferido pelo rio Guandu que mantém em seu

leito 341 m3/h de água “outorgáveis” para outros usos.

Com a opção do reciclo, tem-se na prática a mesma condição de impactos ambientais

para o rio Iguaçu, enquanto o beneficio para o rio Guandu é aumentado para 406 m3/h de água

disponibilizada para outros usos.

A utilização da água da baía de Guanabara potencializa os ganhos ambientais para os

rios Guandu e Saracuruna uma vez que, em tese, não mais haveria necessidade de captação

desses mananciais. O rio Iguaçu, entretanto, poderia receber uma carga adicional de cloretos

com considerável aumento de sólidos dissolvidos e sofrer alterações de qualidade no ponto de

lançamento de efluentes. Ainda assim, num balanço geral esse cenário é positivo pela maior

importância dos rios Saracuruna e Guandu no abastecimento público, ao passo que não há

expectativa da utilização do rio Iguaçu para tal finalidade na área de influência da refinaria.

Em relação aos impactos advindos da Política Nacional de Recursos Hídricos e seus

desdobramentos, percebe-se a necessidade de um envolvimento estreito da atividade industrial

junto aos formuladores das políticas e/ou critérios de uso. A descentralização do

gerenciamento dos recursos hídricos possibilita uma participação ativa através dos Comitês de

Bacia que não pode ser negligenciada. Têm que partir do meio industrial iniciativas que

busquem aprimoramento das tecnologias que permitam o uso múltiplo da água, que

preservem as quantidades e qualidade para as próximas gerações, cabendo-lhes, portanto, a

responsabilidade também, pela elaboração de políticas internas que promovam a otimização

contínua do uso da água nos processos produtivos e garantam o desenvolvimento sustentável.

A cobrança estabelecida pelo Comitê de Bacia do Paraíba do Sul é de natureza quase

que absolutamente quantitativa, o que acaba nivelando todos os segmentos industriais. Na

prática, não há distinção entre as indústrias mais ou menos poluidoras, indústrias que utilizam

140

água como veículo de produção e indústrias que a utilizam como matéria prima incorporando-

a ao produto e, portanto, “revendendo” o recurso.

Na fórmula que estabelece o valor final, tem-se o quociente correspondente à parte do

volume captado que não retorna ao manancial. Se tomarmos como exemplo uma refinaria de

petróleo e uma cervejaria, a água captada na refinaria que não retorna ao manancial é aquela

evaporada nas torres de resfriamento, enquanto que na cervejaria é parte integrante do produto

e componente do preço final. A taxa cobrada é a mesma. No lançamento também ocorre esse

nivelamento. O fator considerado qualitativo é a eficiência da redução de DBO do sistema de

tratamento, ou seja, não há nenhuma relação de fato com a qualidade do corpo receptor.

Com essa análise simples, podemos deduzir que o mecanismo adotado atualmente é

somente o “pontapé inicial” e, ao longo do tempo os ajustes virão para correção dessas

“distorções”. Os processos evoluirão gradativamente conforme tem ocorrido em países cujo

sistema de cobrança foi implantado há mais tempo.

Na França, por exemplo, a cobrança tem sido implementada de forma gradual com

filosofia que prevalece a qualidade. No sistema francês, conforme destacado por Seroa da

Motta (1998), a cobrança pela poluição inicialmente se baseava em matérias orgânicas e em

suspensão.

A salinidade e a toxicidade foram introduzidas em 1973 e 1974, nitrogênio e fósforo

em 1982, enquanto hidrocarbonetos e materiais inorgânicos em 1992; portanto, o custo

mensal registrado na simulação para pagamento da Reduc tende a evoluir no sentido da

qualidade do efluente, o que justifica o empenho na pesquisa e na adoção de mecanismos que

minimizem a captação de água, o lançamento de efluentes e aumente a eficiência dos

tratamentos.

141

5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES

A pesquisa realizada permitiu identificar um grande desenvolvimento em tecnologias

de tratamento de águas servidas nos últimos anos, motivado pela escassez e/ou mau uso dos

recursos hídricos em algumas regiões.

A utilização de membranas filtrantes para tratamento de água de abastecimento é uma

tendência nas refinarias brasileiras e tem demonstrado que sua aplicabilidade em escala cada

vez maior está gradativamente substituindo os processos convencionais de tratamento.

Partindo de levantamento de investimentos anteriores, o trabalho possibilitou o

desenvolvimento de uma metodologia para estimar diferentes arranjos de sistemas de reúso

em refinarias.

O estudo de caso abordado indicou que o reúso interno de água na refinaria de

petróleo de Duque de Caxias é a opção mais atrativa financeiramente e que tem potencial para

melhorias com o desenvolvimento de metodologias de integração de processos como Water

Pinch. A regeneração com reciclo acaba ficando mais dispendioso tanto pelo maior

investimento quanto pelo acréscimo de efluentes transformados em carga para a Estação de

Tratamento de Despejos Industriais (ETDI).

Ecologicamente, a alternativa de utilização de água da Baía de Guanabara para

abastecimento de água industrial é o de menor efeito na Bacia Hidrográfica na qual a Reduc

está inserida, entretanto os custos de investimento e sua importância política, inviabilizam sua

aplicação no momento.

A alternativa de captação de água no rio Iguaçu tem as seguintes vantagens e

desvantagens em relação ao rio Guandu:

a) Vantagens:

− Captação mais próxima do ponto de consumo.

− Operação por empregados próprios.

− Monitoramento 24 horas com operação independente de terceiros.

− Menores custos de operação e manutenção do sistema de captação.

− Lançamento a montante da captação eliminando a transposição do Guandú.

142

b) Desvantagens:

− Regime de captação intermitente em função da maré, com penetração da cunha

salina.

− Alterações bruscas na qualidade da água com aumento da salinidade em marés

baixas e de matéria orgânica em período chuvoso.

− Vazão ecológica baixa dificultando a obtenção de outorga em volume que atenda

totalmente as necessidades da refinaria.

Com relação exclusivamente aos custos adicionais pelo cumprimento da Deliberação

CEIVAP no 8 de 06/12/2001, simulados na tabela 43, e, comparados com os valores totais

mensais das três alternativas da tabela 38, verifica-se que haverá uma redução de R$ 7.612,00

na tributação caso seja adotado o reúso interno. Se adotado o reciclo, essa redução será de R$

11.079,00.

Sendo os investimentos para tais alternativas de R$ 3,5 milhões e R$ 43,4 milhões,

respectivamente, os valores diminuídos não motivam a adoção de programas de investimentos

para minimização dos recursos hídricos pelo longo tempo de retorno do capital. Portanto, o

mecanismo da cobrança é um incentivo à redução de captação da água e ao uso racional,

entretanto, isoladamente, não justifica ainda investimentos em reúso.

A utilização de esgotos municipais tratados é uma boa alternativa para sistemas novos

sob o ponto de vista ecológico e legal. Sua adoção dispensa a necessidade de outorga de

captação e constitui exemplo para empresas socialmente responsáveis.

O estudo possibilitou identificar também a necessidade de manterem-se dados

atualizados, referentes à qualidade e quantidade de recursos hídricos disponíveis para as

instalações da Petrobras de maneira a acompanhar a evolução de suas transformações em toda

a extensão de sua influência.

Analisando as opções de uso dos recursos hídricos abordadas no trabalho, o quadro 5

resume algumas conclusões segundo os critérios financeiros e sócio-ambientais.

143

Alternativa Critério Financeiro Critério sócio-ambiental

Reúso interno Menor custo de investimento com economia mensal de 18,6% dos custos atuais

Menor ganho com redução de 23% na vazão de água captada e 35% no volume descartado.

Reciclo Custo de investimento alto e elevação dos custos mensais em 49% dos custos atuais

Maior ganho na redução de 34% na captação e 41,4% no lançamento.

Rio Iguaçu Investimento muito alto com custos mensais equivalentes ao reciclo

Redução na captação de água mais nobre.

Baía de Guanabara Investimento altíssimo com custos mensais elevados pela disposição da salmoura

Eliminação da captação de água mais nobre, elevação da vazão ecológica do corpo receptor e eliminação de transposição

ETE municipal Investimento altíssimo com custos mensais mais altos que os atuais

Eliminação da captação de água mais nobre, elevação da vazão ecológica ou descarga zero com retorno para ETE.

Quadro 5 - Comparação das alternativas ao sistema atual Fonte: O próprio autor.

A dificuldade em se definir a alternativa mais adequada para um projeto de natureza

ambiental como o reúso em refinarias, fica caracterizada não apenas pela diversidade dos

itens de julgamento, mas principalmente pela qualidade e quantidade dos dados

disponibilizados e pelo caráter subjetivo da avaliação do dano e/ou ganho ambiental, ou ainda,

pelo ganho ou perda de imagem da empresa, o que induz à necessidade do prosseguimento de

estudos e pesquisas que possibilitem a criação de uma matriz de decisão, segundo critérios

que integrem os itens de julgamento aqui referenciados.

Portanto, considera-se pertinente que algumas sugestões sejam apreciadas de forma a

se construir uma massa de dados que complemente a nível nacional, o estudo ora apresentado.

Prioritariamente, sugere-se:

− a elaboração de planos de ação ambiental que contemplem a monitoração da

qualidade dos recursos hídricos da bacia hidrográfica na qual a instalação está

inserida;

− a busca permanente do estreitamento do relacionamento técnico com os órgãos

públicos de gerenciamento dos recursos hídricos, de forma a buscar soluções

conjuntas para atendimento aos diversos interesses de uso da água;

− que, como indutora e formadora de opinião junto aos diversos segmentos

industriais, a Companhia crie mecanismos que incentivem as empresas prestadoras

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de serviços e fornecedores de materiais a adotar práticas de preservação dos

recursos hídricos como instrumento do desenvolvimento sustentável;

− que sejam estabelecidas parcerias com universidades e centros de reconhecida

competência científica para a elaboração de planos estratégicos de preservação dos

recursos naturais na área de influência das refinarias de petróleo e busca de

tecnologias na área de tratamento de água e efluentes.

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