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João de Quinhones Levy([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
3JQLevy set 2018 Açores
Água do Mar
Água Salobra
Processo de Dessalinização
Água para consumo
Salmoura
Repetir Processo
Aterro Origem(mar)
Produto
Origem
Destino
Processo de dessalinização
4JQLevy set 2018 Açores
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
5JQLevy set 2018 Açores
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)
7JQLevy set 2018 Açores
(2015)
Mercado da dessalinização ($)
JQLevy set 2018 Açores 8
Mercado por países (2007/16)
9JQLevy set 2018 Açores
Mercado Chinês
10JQLevy set 2018 Açores
Ashkelon – Equipada com 38.000 módulos de osmose inversa, tem capacidade anual de 108*106 m3 (2006)
11JQLevy set 2018 Açores
Dessalinizadora de Sorek(150 milhões de m3/ano)
12JQLevy set 2018 Açores
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
14JQLevy set 2018 Açores
15
• Tecnologia térmica:
ü Destilação solar;
ü Transformação em várias fases;
ü Destilação de múltiplo efeito;
ü Compressão de vapor.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
18
Energia Solar no processo de
dessalinização
Água salgada
Cobertura translúcida
Água Doce
JQLevy set 2018 Açores
19
Dessalinização solar
Água Destilada
Água Salgada
Compressor
Vapor gerado
Condensador
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
21
Evaporação Multietapa (transformação em várias fases)
Vapor
Condensado
Salmoura
Água tratada
Condensador Água do mar
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
Destilação de múltiplo efeito
24JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
27
Compressão de vapor
Compressor
Concentrado para evaporação
Motor
Água tratada
Bomba de recirculação
Entrada de água salgada
JQLevy set 2018 Açores
PROCESSOS DE MEMBRANAS
28JQLevy set 2018 Açores
29
• Tecnologia de membranas:
ü Osmose inversa;
ü Electrodiálise.
JQLevy set 2018 Açores
Unidade de dessalinização de Porto Santo (1979) 30JQLevy set 2018 Açores
p > ∆p
Fluxo solvente
Concentraçãobaixa
Concentraçãoalta
Processo de osmose inversa
31JQLevy set 2018 Açores
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
Microfiltração (MF)
Ultrafiltração (UF)
Nanofiltração (NF)
Osmose Inversa (OI)
Partículas em suspensão
Macromoléculas
Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados
Sais monovalentesÁcidos indissociados
Água
Microfiltração (MF)
Ultrafiltração (UF)
Nanofiltração (NF)
Osmose Inversa (OI)
Partículas em suspensão
Macromoléculas
Açúcares e Pequenos Solutos OrgânicosSais divalentesÁcidos dissociados
Sais monovalentesÁcidos indissociados
Água
Escolha do processo de membranas indicado para a água do mar(Minhalma,L e Geraldes, V. 2005)
32JQLevy set 2018 Açores
Dessalinização por osmose inversa 33JQLevy set 2018 Açores
34
Dessalinização por osmose inversa
JQLevy set 2018 Açores
Módulos enrolados em espiral (Pereira, N. 2004)
35JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
37
Processo de osmose inversa utilizando um sistema de recuperação de energia convencional
JQLevy set 2018 Açores
RECUPERADOR DE ENERGIA
38JQLevy set 2018 Açores
Custo com e sem recuperador
39JQLevy set 2018 Açores
40
qElectrodiálise:
ü Processo de separação electroquímico em que os
iões são transferidos sobre membranas selectivas de
iões por meio de uma tensão.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
42
Dessalinização por electrodiálise
Produto Final
CatiõesAniões
Rejeitado
Água salgada
Membranas selectivas
JQLevy set 2018 Açores
43
• Outras tecnologias:
ü Desmineralização da troca de iões;
ü Congelamento;
ü Absorção;
ü Desionização capacitiva.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
46
Dessalinização por
congelamento
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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.
JQLevy set 2018 Açores
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)
50JQLevy set 2018 Açores
Custo de produção de água para diferentes tecnologias de
dessalinização (Minhalma, L. e Geraldes, V. 2005)51
JQLevy set 2018 Açores
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)
52JQLevy set 2018 Açores
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
JQLevy set 2018 Açores
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)
55JQLevy set 2018 Açores
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)
56JQLevy set 2018 Açores
CUSTO DE UMA DESSALINIZADORA
57JQLevy set 2018 Açores
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)
58JQLevy set 2018 Açores
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
60JQLevy set 2018 Açores
CUSTO TOTAL DA DESSALINIZAÇÃO
0,98 a 1,30 € m-3
(1.000 a 5.000 m3 d-1)
61JQLevy set 2018 Açores
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
62JQLevy set 2018 Açores
JQLevy set 2018 Açores 63
JQLevy set 2018 Açores 64
65
ESTAÇÃO DE DESSALINIZAÇÃO
DE PORTO SANTO
JQLevy set 2018 Açores
66
Dessalinizadora de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
67
Dessalinizadorade Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
68
Galeria de captação
JQLevy set 2018 Açores
69
Pré-tratamento
JQLevy set 2018 Açores
70
Membranas
JQLevy set 2018 Açores
71
Campo de golfe de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
72
Campo de golfe de Porto Santo
JQLevy set 2018 Açores
Evolução dos sistemas de abastecimento de água - prospectiva
73JQLevy set 2018 Açores
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 )
74JQLevy set 2018 Açores
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
75JQLevy set 2018 Açores
VIABILIDADE DA DESSALINIZAÇÃO
(AR e RU)
• Tarifa de Saneamento Progressiva (AR)
• Tarifa de RU função do consumo de água
76JQLevy set 2018 Açores
Sistema regional de águas residuaisETAR
77JQLevy set 2018 Açores
Sistemas descentralizados de tratamento de águas residuais
R
ETAR
R
ETAR
78JQLevy set 2018 Açores
Abastecimento tradicional de água
ETA B
C
RRede Primária
ETAR
79JQLevy set 2018 Açores
Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a jusante
C
ETA B
R
R
Redes Primária e Secundária
ETAR
B
80JQLevy set 2018 Açores
Sistema com reaproveitamento dos efluentes / ETAR a montante
C
ETA B
R
ETAR
Redes Primária e Secundária
B
81JQLevy set 2018 Açores
Sistema de abastecimento de água com origens e fins múltiplos
B
R
BDESSALINIZADORA
REDES PRIM. E SECUN.
B
ETA
ETARC
82JQLevy set 2018 Açores
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:
83JQLevy set 2018 Açores