Tecnologia de osmose reversa: uma ferramenta eficaz para alcançar zero emissões de resíduos industriais provenientes da indústria do carvão

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Tecnologia de osmose reversa: uma ferramenta eficaz para eliminar completamente as emissões de águas residuais da indústria química do carvão. Autor/Fonte: China Chemical Industry News. Data: 23/12/2015. Número de visualizações: 11. Os projetos de infraestrutura e relocalização no parque industrial de novos materiais químicos da Yangmei Group em Qingxu – o sistema de concentração de água salgada utilizada para abastecer caldeiras e o sistema de evaporação e cristalização nº 1 – começaram oficialmente a ser executados recentemente. O principal fluxo de processo deste projeto é: armazenamento da água de entrada — amolecimento — filtração por microfiltração em tubos — amolecimento secundário — concentração por osmose reversa — concentração por osmose direta MBC — cristalização por evaporação. Assim, a tecnologia de ósmose positiva com zero emissões foi introduzida pela primeira vez no campo do tratamento de água na indústria do carvão. Primeiro dispositivo de teste em escala piloto para concentração de água do mar por tecnologia de osmose reversa em Huanghua, Hebei. 　　O projeto de zero emissões de efluentes de novos materiais químicos produzidos pela Yangmei Chemical é um projeto de zero emissões registrado pelo Ministério do Meio Ambiente. No futuro, ele poderá servir de referência para outras empresas do setor químico baseado em carvão, tendo grande importância como exemplo a ser seguido. Então, por que as empresas adotam a tecnologia de osmose reversa? O que é a tecnologia de osmose reversa? Com dúvidas, o autor realizou uma investigação no local. 　　O tratamento para eliminação total das águas residuais geradas pela indústria do carvão é uma necessidade urgente. Segundo especialistas, o desenvolvimento da indústria química baseada no carvão é um caminho indispensável para a transformação da estratégia energética da China. Isso se deve às condições atuais dos recursos energéticos do país e ao contexto geral da revolução energética. Nos nosso país, os recursos de carvão e de água estão distribuídos de maneira inversa. Tomando como exemplo as quatro províncias localizadas nas regiões superior e média do Rio Amarelo – Shanxi, Shaanxi, Ningxia e Inner Mongolia –, essas regiões possuem 67% do total de recursos de carvão do país. Devido à riqueza em carvão, essas províncias planejaram muitos projetos relacionados à indústria do carvão nos últimos anos. No entanto, a quantidade de água nessas regiões representa apenas 3,85% do total de recursos hídricos do país. Além disso, a produção de produtos químicos a partir do carvão gera grandes quantidades de efluentes salinos. Nos processos convencionais de tratamento de águas residuais, o sal não pode ser decomposto. Atualmente, o teor de sal na bacia do Rio Amarelo já está próximo do limite ecológico. Se não houver um controle rigoroso e se não for exigida zero emissão, com o desenvolvimento de projetos de química a base de carvão nessas regiões, os conflitos ambientais se tornarão muito graves. Assim, a gestão ecológica da bacia do Rio Amarelo se tornará ainda mais difícil. O projeto de gás de xisto da empresa americana Oasys no basin do Permian foi o primeiro do mundo a utilizar a tecnologia de membranas de osmose reversa. 　　“Atualmente, a água subterrânea de camadas rasas é a que mais sofre com a poluição. Como a poluição da água superficial é bastante comum, isso acaba causando também poluição na água subterrânea de camadas rasas. No Norte, a extração excessiva de águas subterrâneas é bastante grave, o que causa vazamentos em grandes áreas de águas subterrâneas. Como o nível da água subterrânea é significativamente mais baixo em comparação com as áreas circundantes, forma-se uma região em forma de funil. Sob a ação da pressão, a água superficial das áreas ao redor entra nessa região, o que torna a água subterrânea mais suscetível à poluição. Além disso, a poluição das fontes de água potável é difícil de ser removida por processos tradicionais de tratamento de água. ”Disse Ma Jun, diretor do Centro de Pesquisa em Público e Meio Ambiente. 　　Para isso, nos últimos anos, com o objetivo de promover um desenvolvimento coordenado entre a economia industrial e os recursos hídricos e o meio ambiente, **os órgãos competentes emitiram diversas políticas e regulamentações. 　　Em 2005, o Comitê de Desenvolvimento e Reforma, juntamente com o Ministério da Ciência e Tecnologia, o Ministério das Obras Públicas e o Ministério da Agricultura, elaboraram e publicaram o “Esboço da Política Chinesa de Economia de Água”. Nesse documento, foi proposto, pela primeira vez, o desenvolvimento de tecnologias para a reutilização das águas residuais e para a eliminação total das emissões de poluentes. Incentivar e apoiar a reutilização das águas residuais tratadas pelas empresas, promovendo fortemente a tecnologia de reutilização dessas águas nos sistemas de refrigeração por circulação. Em regiões com escassez de água e altas exigências ambientais, incentiva-se as empresas a adotarem tecnologias de zero emissão de resíduos líquidos. Por volta de 2006, a condição prévia para que o **Comitê de Desenvolvimento e Reforma aprovasse projetos-piloto de química do carvão era que as empresas se comprometessem com zero emissões; caso contrário, era difícil obter a aprovação para a avaliação ambiental do projeto. Cerimônia de início das obras de infraestrutura e realocação no Parque Industrial de Novos Materiais Químicos da Yangmei Group em Qingxu – Projeto BOT para o sistema de tratamento da água salgada utilizada para reabastecimento dos caldeiras, bem como para o sistema de tratamento por evaporação e cristalização nº 1. 　　Com a crescente rigidez das políticas e padrões ambientais, as empresas que iniciaram projetos de química a base de carvão na região oeste nos últimos anos enfrentaram repetidos obstáculos na escolha do local e na aprovação dos projetos, ficando em uma situação difícil. Desde o início deste ano, os relatórios de avaliação ambiental do projeto de produção de gás natural a partir de carvão da empresa Jiangsu Su New Energy, com capacidade de 4 bilhões de metros cúbicos, do projeto da empresa Yili Xintian, com capacidade de 2 bilhões de metros cúbicos, e do projeto de produção de óleo a partir de carvão da empresa Shanxi Lu’an foram rejeitados pelo Ministério do Meio Ambiente. Isso causou grande impacto no setor. As razões para a rejeição da avaliação ambiental estão, em sua maioria, relacionadas aos problemas crônicos de proteção ambiental na produção de gás a partir do carvão, bem como ao uso dos recursos hídricos e ao tratamento das águas residuais. Todas as questões se resumem a um ponto: é possível alcançar zero emissões? 　　“Em 2008, a **Administração Geral de Supervisão da Qualidade, Inspeção e Quarentena emitiu a norma GB/T21534-2008 “Terminologia para a economia de água em uso industrial”. Nessa norma, a emissão zero é definida como a situação em que o sistema de uso de água de uma empresa ou unidade produtiva não gera nenhum resíduo industrial. Pode-se entender que a emissão zero significa concentrar as águas residuais industriais em forma de sólidos ou soluções concentradas, para depois tratá-las, em vez de descartá-las nos corpos d’água naturais. Atualmente, os projetos de eliminação total de resíduos líquidos no país exigem investimentos significativos e têm custos elevados. ”Guo Youzhi, secretário-geral da divisão de dessalinização da Associação Chinesa de Recursos Hídricos, deu como exemplo o projeto de produção de óleo a partir de carvão da Shenhua Group Co., Ltd., que foi o primeiro no país a ser construído, mas que ainda não conseguiu alcançar uma emissão zero de resíduos líquidos. Esse projeto investiu 1,34 bilhão de yuans em medidas de proteção ambiental, o que representa 10% do investimento total do projeto. Durante o período de teste, o custo de tratamento de cada tonelada de resíduos orgânicos ultrapassou 5 yuans, enquanto o custo de tratamento de cada tonelada de água salgada foi superior a 38 yuans. 　　Já existem exemplos da aplicação da tecnologia de osmose reversa em diversos setores. “As técnicas tradicionais de tratamento de efluentes da indústria do carvão apresentam desvantagens como alto custo de investimento, altos custos operacionais e instabilidade no funcionamento do sistema.” A tecnologia de osmose reversa é, na verdade, uma nova tecnologia de grande importância, desenvolvida com base na situação atual no campo das emissões zero. ” Li Suqing, diretora técnica da CoLeck Environmental Resources Technology (Beijing) Co., Ltd., explicou que a tecnologia de osmose reversa utiliza o fenômeno natural de osmose. Por meio de membranas semipermeáveis produzidas por polimerização química, as moléculas de água se difundem naturalmente de um líquido com baixa concentração de sal para um líquido com alta concentração de sal, graças à diferença de pressão osmótica. Não é necessário o uso de bombas de alta pressão ou outros equipamentos para impulsionar esse processo de separação. Além disso, essa tecnologia causa uma poluição relativamente baixa nas membranas; as membranas de permeação podem operar por um longo período de tempo sem necessidade de limpeza, o que permite uma redução significativa nos custos de investimento e operação. Equipamentos de osmose reversa da Huaneng Changxing Water. 　　Sabe-se que o projeto de gás de xisto da empresa americana Oasys, localizado no basin Permian dos Estados Unidos, foi o primeiro do mundo a utilizar a tecnologia de membranas de osmose reversa. Essa tecnologia trata as águas residuais altamente salinas provenientes da indústria petroquímica, alcançando zero emissões, e a qualidade da água após o tratamento pode atingir o padrão de água potável. Em 2013, a Beijing Water Technology Co., Ltd. investiu na empresa americana Oasys Water e introduziu no país a tecnologia de tratamento por membranas de osmose reversa. Essa tecnologia foi combinada com a técnica de coagulação e clarificação com cal, desenvolvida pela própria empresa. Assim, foi criada uma solução única para o tratamento de efluentes industriais com alto teor de COD e salinidade, visando alcançar zero emissões. 　　Desde então, existem duas abordagens tecnológicas para a eliminação total das águas residuais altamente salinas no país: uma delas é a amolecimento com cal + concentração por membranas de osmose reversa + secagem por cristalização ； Outra é amolecimento com cal + evaporação + secagem por cristalização. Atualmente, existem projetos de demonstração dessas duas tecnologias em usinas termelétricas a carvão no nosso país. A usina Huaneng Changxing utiliza a tecnologia de osmose reversa + cristalização, enquanto uma usina em Guangdong emprega o processo tradicional de evaporação + cristalização. 　　“A maior diferença entre essas duas abordagens tecnológicas é que a técnica tradicional de evaporação e cristalização consome muita energia, enquanto a técnica de concentração por membranas de osmose reversa consome relativamente menos energia. ”Li Suqing explicou que o processo de cristalização por evaporação consiste em usar um evaporador para concentrar as águas residuais até atingir um teor de sal de aproximadamente 15%. A água salina concentrada é então transformada em sal sólido por meio de cristalização e secagem, para posterior disposição. Como o evaporador converte as águas residuais em vapor de água por meio da transformação de fase, e posteriormente recupera a água após a condensação, esse processo exige a absorção de grande quantidade de vapor para vaporizar as águas residuais. Nesse processo, ocorre uma transformação de fase de 100% das águas residuais, o que consome muita energia. Por exemplo, em um projeto-piloto de zero emissões em uma usina elétrica em Guangdong, o custo operacional para utilizar essa tecnologia é de 180 yuan por tonelada de águas residuais. Já o processo de concentração por membrana de osmose reversa consiste em absorver as moléculas de água no líquido a ser tratado. Assim, não é necessário usar grandes quantidades de vapor ou eletricidade para aumentar o teor de sal nas águas residuais até cerca de 25%. A separação entre o gás e a água no líquido resultante é feita em condições relativamente favoráveis, representando apenas 1/3 do volume total das águas residuais. Isso reduz tanto a quantidade de água que precisa ser tratada quanto o consumo energético. Por exemplo, o custo operacional da usina Huaneng Changxing para utilizar essa tecnologia é de 45 yuan por tonelada de águas residuais. 　　Além disso, a membrana de osmose positiva tem grande capacidade de resistência a cargas de impacto, e sua operação e manutenção são simples. Os processos de cristalização por evaporação utilizam calor de vapor. Antes de desligar o equipamento, é necessário realizar um ciclo de resfriamento; já antes de ligá-lo, é preciso usar grande quantidade de vapor para pré-aquecimento. Todo o processo de ligação e desligamento é bastante complexo ； Já o processo de concentração por membrana de osmose reversa consegue ajustar automaticamente a taxa de concentração, de acordo com o teor de sal nas águas residuais, garantindo assim o teor de sal adequado para a cristalização. Além disso, não são necessários procedimentos complexos para ligar ou desligar o equipamento; basta um único clique para isso. 　　De acordo com Shao Guohua, responsável técnico pela usina Huaneng Changxing, o sistema de eliminação total de resíduos líquidos resultantes do processo de desulfuração, com capacidade de 22 metros cúbicos por hora, utiliza a tecnologia de membranas de osmose reversa para tratar esses resíduos. Dessa forma, 18 toneladas de água salgada resultante do processo de desulfuração podem ser concentradas em 3 a 4 toneladas por hora. Os resíduos líquidos são totalmente reutilizados, e as substâncias poluentes presentes neles podem ser separadas na forma de cristais e lodo. Além disso, durante a operação, o consumo de vapor, produtos químicos e eletricidade **diminui**. Por exemplo, o consumo de energia para tratar uma tonelada de águas residuais foi reduzido de 20 a 40 quilowatt-hora, no método tradicional de evaporação e cristalização, para 10 quilowatt-hora. Assim, os custos operacionais foram reduzidos em 30%. Estima-se que a empresa possa recuperar 180 mil toneladas de água doce de alta qualidade por ano, produzindo cerca de 2.000 toneladas de sal de qualidade industrial para venda. Dessa forma, é possível obter benefícios sociais, ambientais e econômicos. 　　Além disso, a tecnologia de osmose reversa também demonstrou seu potencial valor aplicativo no campo dessalinização da água do mar. Atualmente, o primeiro dispositivo de teste para a concentração de água do mar por meio da tecnologia de osmose reversa, instalado em Huanghua, em Hebei, já está em funcionamento. Ele fornece dados confiáveis para as pesquisas realizadas nos laboratórios dedicados à dessalinização e ao uso sustentável da água do mar. 　　Sabe-se que a tecnologia de osmose reversa permite aumentar a taxa de produção de água dessalinizada de 40%, como acontece com as técnicas atuais, para 85%. Além disso, ela aumenta a concentração de bromo, magnésio e potássio na água salgada, o que facilita a extração desses recursos. Isso reduz significativamente os custos operacionais de dessalinização, além de diminuir a poluição ambiental causada pela água marinha altamente salina. O consumo de energia dessa tecnologia é de 70% do consumo energético das técnicas atuais. 　　Criação de um projeto-piloto de química do carvão com zero emissões. Foi com base nesses exemplos de aplicação bem-sucedidas que o projeto de tratamento de águas residuais no parque de novos materiais químicos da Yangmei Group optou pela tecnologia de osmose reversa. 　　Li Kai, engenheiro-chefe da filial responsável pela construção do sistema de tratamento de águas residuais no parque industrial de novos materiais químicos da Yangmei Chemical, explicou que o dispositivo de tratamento da água salgada utilizada para reabastecer as caldeiras no parque tem uma capacidade de entrada de 50 metros cúbicos por hora. A água tratada deve ter uma concentração de 5 metros cúbicos por hora ； Os requisitos para a qualidade da água de saída são que o TDS seja superior a 2,4×105 ppm. A água reutilizada deve atender aos padrões de qualidade estabelecidos na norma **“Qualidade da água para uso industrial em sistemas de reciclagem de águas residuais urbanas” GB/T19923-2005**, referentes à água reciclada utilizada como água de reabastecimento em sistemas de resfriamento por circulação aberta. O projeto de zero emissões de novos materiais promete ao **Ministério do Meio Ambiente** a criação de um modelo exemplar de indústria química a base de carvão com zero emissões. O Ministério do Meio Ambiente afirmou que, após a conclusão e entrada em operação da fábrica, será organizada uma reunião no local com representantes do setor de químicos a base de carvão. Por isso, a empresa exige padrões muito elevados em relação à escolha de tecnologias que permitam zero emissões. 　　“A tecnologia de ósmose reversa com zero emissões é uma das tecnologias mais avançadas do mundo atualmente. É também a única tecnologia capaz de concentrar águas salinas com concentração de TDS acima de 5×104 ppm, elevando-a para valores acima de 2,4×105 ppm. Esta é uma das razões pelas quais vemos com bons olhos a tecnologia de osmose positiva. A segunda razão é o reconhecimento da tecnologia de osmose reversa pelo setor. A Oasys Water (empresa controlada pela Beijing Water Technology Co., Ltd., que investiu nos Estados Unidos) recebeu o prêmio “Melhor Empresa de Tecnologia Hídrica de 2014”, concedido pela revista Global Water Intelligence’ ； Projeto do Basin Permiano, que recebeu o “Prêmio Mundial de Melhor Engenharia de 2014” graças à tecnologia revolucionária de concentração por membranas de osmose positiva (MBC)’ ； Em 2014, essa tecnologia foi considerada pela Associação Chinesa da Indústria Petrolífera e Química como uma tecnologia importante para a proteção ambiental no setor de químicos derivados do carvão ； A tecnologia de tratamento de efluentes por coagulação com cal e concentração por osmose reversa, desenvolvida pela Beijing Water Technology Co., Ltd., foi reconhecida como uma nova tecnologia/produto (serviço) em Pequim… Em terceiro lugar, estão os resultados obtidos por essa empresa no setor. O projeto de eliminação total das águas residuais resultantes do desulfurização na usina Huaneng Changxing, que já está em operação no país; o projeto semelhante para a usina Shenhua Wangqu, que ainda está em fase de planejamento; além de alguns exemplos de sucesso de aplicação nos Estados Unidos. Nossa empresa adotou com ousadia a tecnologia de osmose reversa, pois acreditamos que ela também pode criar milagres na redução à zero das emissões de águas residuais provenientes da indústria do carvão, permitindo assim a criação de projetos exemplares de zero emissões nesse setor. ”Disse Li Kai. 　　“A tecnologia de osmose reversa utiliza técnicas de pré-tratamento e pré-concentração cada vez mais aperfeiçoadas, a fim de aprimorar as técnicas atuais de evaporação e cristalização com zero emissões. Dessa forma, torna-se possível recuperar e reutilizar as águas residuais da indústria do carvão, sem a necessidade de evaporadores, além de permitir uma concentração em altas taxas. Isso reduz significativamente os custos de investimento e operação, atendendo assim às exigências do mercado. Além disso, graças ao laboratório de zero emissões por osmose reversa e ao centro de P&D, a empresa é capaz de desenvolver soluções tecnológicas personalizadas para empresas do setor de química a base de carvão, visando alcançar zero emissões. Por meio de testes em pequena e média escala, essas soluções podem ser posteriormente aplicadas na produção real, o que reduz significativamente o risco associado à implementação dessas tecnologias. Atualmente, dezenas de empresas do setor de química a base de carvão no país demonstraram grande interesse pela tecnologia de osmose reversa. Além disso, os vários modelos de negócios da empresa, como EPC, BT, BOT e PPP, também serão fatores importantes para a rápida disseminação dessa tecnologia. ”Disse Gao Feiyi, gerente geral da Colek Environmental Resources Technology (Beijing) Co., Ltd. 　　Yang Huaheng, o primeiro diretor de marketing da Beijing Water Technology Co., Ltd., declarou com confiança: “A tecnologia de osmose reversa está muito em voga atualmente, e continuará a ficar ainda mais popular no futuro.” Porque atende às exigências do desenvolvimento de políticas ambientais, satisfazindo as necessidades de redução, reciclagem e eliminação total das águas residuais em setores como a química do carvão.