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João de Quinhones Levy([email protected])

([email protected])

PROCESSOSDE

DESSALINIZAÇÃO

III Hydrovolcanic-2017Angra do Heroísmo e Praia da Vitória -

Açores

3, 4, 5 e 6 de Setembro de 2017

1JQLevy set 2018 Açores

JQLevy set 2018 Açores 2

www.ecoservicos.pt

DISPONIBILIDADES DE ÁGUA NO PLANETA

97% é salgada (> 35.000 mg l-1 de Sais (85% cloreto sódio)

2% - Calotes e Glaciares

0,3% - Atmosfera

0,1% - Rios e lagos 0,4%0,6% - Água subterrânea

50% a mais de 800 m

3% é doce


Água do Mar

Água Salobra

Processo de Dessalinização

Água para consumo

Salmoura

Repetir Processo

Aterro Origem(mar)

Produto

Origem

Destino

Processo de dessalinização


PRINCIPAIS PRODUTORES DE ÁGUA

DESSALINIZADA NO MUNDO (2006)

País Produção (103m3 d-1) Quota Mundial (%)

Arábia Saudita 5235 20,3

EUA 4328 16,7

Emiratos Árabes 2891 11,2

Kuwait 1615 6,2

Espanha 1234 4,8

Japão 945 3,6

Líbia 701 2,7

Itália 581 2,2


6

Mercado da dessalinização (2006)

RegiãoInvestimento (10^6 usd)

Operação(10^6usd)Membranas Térmico Total

América 3650 90 3750 840

Ásia 2110 100 2210 430

Mediterrâneo 6120 2790 8930 1770

Golfo e Mar Vermelho 5050 9780 14830 3410

TOTAL 16940 12760 29760 6450

JQLevy set 2018 Açores

Mercado da dessalinização(m3/d)


(2015)

Mercado da dessalinização ($)


Mercado por países (2007/16)


Mercado Chinês


Ashkelon – Equipada com 38.000 módulos de osmose inversa, tem capacidade anual de 108*106 m3 (2006)


Dessalinizadora de Sorek(150 milhões de m3/ano)


2016

CONSUMOS ENERGÉTICOS NA DESSALINIZAÇÃO

Ø Década de 50: 1 Kg de vapor - 3,3 Kg água

ØInício Anos 70: 20 kWh m-3

Ø Finais Anos 80: 10 kWh m-3;

1 Kg de vapor – 8,6 Kg água

Ø Década de 2000: 5 kWh m-3 (Térmicos)

3,5 kWh m-3 (OI)

ØActualmente: 4,5 kWh m-3 (Térmicos)

3 - 3,5 kWh m-3 (OI)13JQLevy set 2018 Açores

PROCESSOS DE DESSALINIZAÇÃO


15

• Tecnologia térmica:

ü Destilação solar;

ü Transformação em várias fases;

ü Destilação de múltiplo efeito;

ü Compressão de vapor.


16

qDestilação Solar:

ü Processo muito utilizado em locais quentes (Médio

Oriente e Norte de África).

ü É necessária a construção de tanques de grandes

dimensões, cobertos com vidro ou outro material

translúcido.


17

q Destilação Solar:

ü Funcionamento: A luz solar atravessa o vidro,

evaporando a água do líquido, os vapores

condensam-se na parte interior do vidro,

transformando-se novamente em água no estado

líquido, que escorre para um sistema de recolha.


18

Energia Solar no processo de

dessalinização

Água salgada

Cobertura translúcida

Água Doce


19

Dessalinização solar

Água Destilada

Água Salgada

Compressor

Vapor gerado

Condensador


20

qTransformação em várias fases:

ü Neste processo são necessários vários

evaporadores com pressões diferentes.

ü O vapor que se forma sobe para a parte superior

(condensador) e arrefece sobre uma série de tubos

através dos quais circula a salmoura, que passa para

outro compartimento e assim sucessivamente até

que o processo termine.


21

Evaporação Multietapa (transformação em várias fases)

Vapor

Condensado

Salmoura

Água tratada

Condensador Água do mar


22

q Destilação de múltiplo efeito:

ü Processo que consiste em evaporar a água do mar

em várias etapas. Na primeira etapa é necessário

recorrer a energia externa. Nas etapas seguintes dá-

se o aproveitamento do calor resultante da

condensação do vapor.


23

q Destilação de múltiplo efeito:

ü Este processo é semelhante ao da transformação

em várias fases, mas utiliza o princípio de redução

da pressão ambiente nas várias etapas à medida

que a temperatura vai decrescendo.


Destilação de múltiplo efeito


25

qCompressão de vapor:

ü O calor necessário para a evaporação da água é

proveniente maioritariamente do calor resultante da

compressão do vapor, também pode vir das trocas

directas de calor do vapor.


26

q Compressão de vapor:

ü Este processo distingue-se da evaporação

multietapa porque utiliza um compressor para

aumentar a temperatura a que se submete a água

para que esta evapore.

ü Geralmente é utilizado em unidades de

dessalinização de reduzidas dimensões.


27

Compressão de vapor

Compressor

Concentrado para evaporação

Motor

Água tratada

Bomba de recirculação

Entrada de água salgada


PROCESSOS DE MEMBRANAS


29

• Tecnologia de membranas:

ü Osmose inversa;

ü Electrodiálise.


Unidade de dessalinização de Porto Santo (1979) 30JQLevy set 2018 Açores

p > ∆p

Fluxo solvente

Concentraçãobaixa

Concentraçãoalta

Processo de osmose inversa


Operações de Membranas comGradiente de Pressão

Microfiltração (MF)

Ultrafiltração (UF)

Nanofiltração (NF)

Osmose Inversa (OI)

Partículas em suspensão

Macromoléculas

Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados

Sais monovalentesÁcidos indissociados

Água

Operações de Membranas comGradiente de Pressão




Osmose Inversa (OI)


Macromoléculas



Água




Osmose Inversa (OI)


Macromoléculas



Água

Escolha do processo de membranas indicado para a água do mar(Minhalma,L e Geraldes, V. 2005)


Dessalinização por osmose inversa 33JQLevy set 2018 Açores

34

Dessalinização por osmose inversa


Módulos enrolados em espiral (Pereira, N. 2004)


36

qOsmose Inversa:

ü Baseia-se no efeito da pressão numa solução salina

sobre uma membrana semipermeável, com poros

microscópicos através da qual a água passa e os

sais, microrganismos e outras impurezas ficam

retidos.


37

Processo de osmose inversa utilizando um sistema de recuperação de energia convencional


RECUPERADOR DE ENERGIA


Custo com e sem recuperador


40

qElectrodiálise:

ü Processo de separação electroquímico em que os

iões são transferidos sobre membranas selectivas de

iões por meio de uma tensão.


41

q Electrodiálise:

ü Por vezes a água tratada é misturada com a água

que está a entrar pela primeira vez no processo de

tratamento, para assim melhor o rendimento deste

processo de tratamento.

ü O único inconveniente deste processo é o seu custo,

superior aos restantes processos de dessalinização.


42

Dessalinização por electrodiálise

Produto Final

CatiõesAniões

Rejeitado

Água salgada

Membranas selectivas


43

• Outras tecnologias:

ü Desmineralização da troca de iões;

ü Congelamento;

ü Absorção;

ü Desionização capacitiva.


44

qDesmineralização por troca de iões:

ü Pode ser utilizado para remover todos os iõesdissolvidos na água.

ü Os iões com cargas positivas são trocados para iõesde hidrogénio e iões de carga negativa são trocadospara iões de hidróxido.

ü Os iões de hidrogénio e hidróxido formam moléculasde água.

ü Este processo é utilizado essencialmente emunidades industriais.


45

qCongelamento:

ü Quando se congela água obtém-se gelo puro,

sem sal. Então, através do congelamento e

posterior descongelamento da água salgada,

pode-se obter água doce, fazendo a separação

dos sais e da água recorrendo a processos

mecânicos.


46

Dessalinização por

congelamento


47

qAbsorção:

ü Utilização de um material higroscópio, que é

mantido frio durante a absorção pela troca de

calor com o gelo que esta a derreter.

ü O calor é aplicado ao material higroscópio,

conduzindo off water como vapor. O material

higroscópio está de novo pronto a ser reutilizado.


48

qDesionização capacitiva :

ü Baseia-se na utilização de uma substância

chamada carbon aerogel, que é altamente

porosa e um sólido extremamente leve, muitas

vezes chamado fumo congelado.


SELECÇÃO DO PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO

Ø Processo de tratamento;

Ø Capacidade da estação;

Ø Qualidade da água a montante;

Ø Operação e manutenção;

Ø Custo da energia;

Ø Factores ambientais;

Ø Tipo de captação;

Ø Financiamento e amortização.49JQLevy set 2018 Açores

Custo de tratamento da água por dessalinização (AWWA, 2004)


Custo de produção de água para diferentes tecnologias de

dessalinização (Minhalma, L. e Geraldes, V. 2005)51


Dimensão (m3 dia-1)

Água do Mar(€ m-3 dia-1)

Água Salobra(€ m-3 dia-1)

< 500 ----- 270

500 – 1 000 ----- 228

1 000 – 1 500 ----- 204

1 500 – 2 000 ----- 174

> 2 000 ----- 150

< 5 000 962 -----

5 000 – 10 000 856 -----

10 000 – 25 000 751 -----

25 000 – 40 000 661 -----

40 000 – 60 000 611 -----

60 000 – 80 000 589 -----

80 000 – 100 000 525 -----

> 100 000 506 -----

Custo de Investimento em função da produção e do tipo de água (Juan, J. 2001)


Custo médio de investimento por metro cúbico (Latorre, M. 2004) 53JQLevy set 2018 Açores

70%

10%

8%

12%

Energia Pessoal Produtos Químicos Membranas

Distribuição dos custos de exploração, 2008 (OI)

Custo de exploração – Dados de 2016 apontam para custos de energia de 40 a 50%54


Consumo energético

0

2

4

6

8

10

1990 1994 1996 1998 1999 2000 2001 2002 2004

Ano

KW

h/m

3

Consumo energético na dessalinização de água salgada (OI)(Latorre, M. 2004)


Tipo de Custo Água do Mar Água Salobra

Construção 20 % 10 %

Equipamento 80 % 90 %

Composição dos custos de uma unidade de dessalinização(Juan, J. 2001)


CUSTO DE UMA DESSALINIZADORA


Processo Custo(€ m-3)

Central Dessalinizadora

MSF 1,06 – 1,16 Médio Oriente

MSF 1,5 Kuwait

OI 1,39 OIA, Ilha de Santorini, Grécia (550 m3 dia-1)

OI 0,76 Ilha Mykonos (1200 m3/d)

OI 0,89 Ilha Syros, Grécia (2000 m3 dia-1)

OI 1,18 Malta (15.000 m3 dia-1)

OI 0,78 Limassol, Chipre (20.000 m3 dia-1)

OI 0,79 Nicosia, Chipre (20.000 m3 dia-1)

OI 0,81 Lanarca, Chipre (40.000 m3 dia-1)

OI 0,54 Israel (274.000 m3 dia-1)

OI 0,53 Espanha (50.000-124.000 m3 dia-1)

Nota: MSF – Evaporação Multi FlashOI – Osmose Inversa

Custo do metro cúbico de água dessalinizada para osmose inversa e evaporação multi flash (Pereira, N. 2004)


CUSTO DE INSTALAÇÃO

DE UMA DESSALINIZADORA

Admitindo:

Ø Intervalo para custo de m3 produzido por dia, 850 – 1.500 €

Ø Construção civil, 20%, amortizada em 20 anos

Ø Equipamentos, 80%, amortizados em 10 anos

Será para uma central de 3000 m3 d-1:

Ø Custo total de instalação (€): 2.400x103 a 4.500x103

Ø Amortização do investimento: (€ m-3 produzido): 0,25 a 0,47

CUSTO MÉDIO INSTALAÇÃO: 0,38 € m-3 produzido59JQLevy set 2018 Açores

Custo da energia:

40 a 50% da exploração

Consumo energético:

3,5 kWh m-3

Para 0,085 € kWh-1, será:

CUSTO DE EXPLORAÇÃO: 0,60 a 0,70 € m-3


CUSTO TOTAL DA DESSALINIZAÇÃO

0,98 a 1,30 € m-3

(1.000 a 5.000 m3 d-1)


Custos totais por metro cúbico de dessalinização de água salgada em Espanha (Latorre, M. 2004)

Custo total

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1970 1980 1985 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2001

Ano

€ m

-3


65

ESTAÇÃO DE DESSALINIZAÇÃO

DE PORTO SANTO


66

Dessalinizadora de Porto Santo


67

Dessalinizadorade Porto Santo


68

Galeria de captação


69

Pré-tratamento


70

Membranas


71

Campo de golfe de Porto Santo


72

Campo de golfe de Porto Santo


Evolução dos sistemas de abastecimento de água - prospectiva


CONFERÊNCIA DO RIO, 1992

Agenda 21 - Ponto 18.2: Apela-se a todos os Estados para

implementarem actividades para melhorar a gestão

integrada dos Recursos Hídricos entre as quais “novas e

alternativas fontes de abastecimento de água, tal como

a dessalinização da água do mar e a reutilização e

reciclagem das A. R.”

(Agenda 21 - Programa de acção global para o desenvolvimento sustentavel no sec.XXl )


VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO

(ÁGUA)

Ø Aglomerados

0,85 a 1,50 € m-3 [120 a 200 m3 ano-1]

Ø Empreendimentos Turísticos e Indústrias

1,70 € m-3, médio [3.000 m3 mês-1]

2,20 € m-3, Algarve


VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO

(AR e RU)

• Tarifa de Saneamento Progressiva (AR)

• Tarifa de RU função do consumo de água


Sistema regional de águas residuaisETAR


Sistemas descentralizados de tratamento de águas residuais

R

ETAR

R

ETAR


Abastecimento tradicional de água

ETA B

C

RRede Primária

ETAR


Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a jusante

C

ETA B

R

R

Redes Primária e Secundária

ETAR

B


Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a montante

C

ETA B

R

ETAR

Redes Primária e Secundária

B


Sistema de abastecimento de água com origens e fins múltiplos

B

R

BDESSALINIZADORA

REDES PRIM. E SECUN.

B

ETA

ETARC


A DESSALINIZAÇÃO PODERÁCONSTITUIR UM REFORÇO DOSACTUAIS SISTEMAS E VIABILIZAREMPREENDIMENTOS TURÍSTICOS EINDUSTRIAIS

A REUTILIZAÇÃO PODERÁ PERMITIRREDUZIR EM 1/3 OS VOLUMES DEÁGUA DOCE CAPTADOS PARA FINSDOMÉSTICOS

EM SÍNTESE:


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