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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Tratamento intermediário de concentrado de osmose inversa por precipitação para aumento da recuperação de água na dessalinização
Authors: Patricia Maria da Costa Lopes
First Advisor: Sonia Denise Ferreira Rocha
Abstract: Os processos de separação por membrana (PSM) têm sido amplamente utilizados para dessalinização de águas e efluentes, em função das vantagens inerentes a esses processos. Um desafio da utilização dessas tecnologias é integrar processos de tratamento com intuito de minimizar a geração do efluente, o concentrado, e aumentar a recuperação de água. Em uma refinaria de petróleo, a unidade de osmose inversa (OI), classificada como um PSM, faz parte do tratamento de água de elevada pureza utilizada na geração de vapor (água de caldeira). O concentrado gerado nessa unidade não possui reutilização em função do seu elevado teor de sólidos totais dissolvidos e de dureza. O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade técnica do aumento da recuperação de água da unidade de OI. Com esse propósito, foi realizada a caracterização físicoquímica do concentrado e o seu tratamento por precipitação induzida pela dosagem de alcalinizante. No princípio deste estudo, foi feita a caracterização do concentrado, semanalmente, por um período de nove meses. A partir dos resultados, avaliaram-se as limitações para o tratamento do concentrado por outros dois estágios de OI, através do software Reverse Osmosis System Analysis (ROSA). Identificou-se elevado potencial de formação de incrustações por precipitação de carbonato de cálcio e sílica. Nesse sentido, o delineamento experimental confrontou o desempenho dos alcalinizantes hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio no tratamento do concentrado por precipitação, em escala de laboratório. Foi utilizado o software estatístico Minitab como ferramenta de avaliação dos resultados. Na primeira etapa de ensaios, buscou-se definir as condições experimentais bem como fazer a prospecção do uso da precipitação e dos alcalinizantes selecionados no tratamento do concentrado. Na segunda etapa, foi avaliado o impacto do pH final da precipitação e do uso de semente na remoção dos compostos incrustantes. Na terceira etapa de ensaios, investigou-se uma faixa mais ampla de pH final de precipitação para o hidróxido de cálcio, com intuito de subsidiar a comparação dos alcalinizantes. Inferiu-se que o hidróxido de sódio foi mais eficiente, visto que ele proporcionou maior remoção de Ca2+, Mg2+ e SiO2, com menor dosagem. Finalmente, avaliou-se a dessalinização em dois estágios de OI do concentrado tratado por precipitação induzida pelo hidróxido de sódio, para duas condições de pH final, através do ROSA. Concluiu-se que o controle do pH final em 10,0 foi suficiente para remover Ca2+ e SiO2 a ponto de proporcionar a redução da propensão de formação de incrustação a níveis aceitáveis para operar os dois novos estágios de OI, com recuperação de 68%. Esse resultado permite vislumbrar o aumento de recuperação global de água da unidade de OI de 75% para 92%.
Abstract: The membrane separation processes (MSP) have been widely used for water and wastewater desalination, due the inherent advantages of these processes. One of the challenges of these technologies application includes integrating treatment processes with the aim to reduce the effluent generation, the concentrate, and increase water recovery. In an oil refinery, the reverse osmosis (RO) unit, classified as a MSP, takes part of the high purity water treatment used in the steam generation (boiler water). The concentrate generated from this unit has no reuse, because of its high content of total dissolved solids and hardness. The objective of this work is to assess the technical feasibility of increasing RO unit water recovery. For this purpose, it was performed the concentrate physical-chemical characterization and its treatment by alkaline-induced precipitation. Firstly, the characterization of the concentrate was performed, weekly, for nine months. From the results, it was evaluated the limitations to the concentrated treatment by two stages of RO, through the Reverse Osmosis System Analysis software (ROSA). It was identified a high potential for fouling by the precipitation of calcium carbonate and silica. In this sense, the experimental design confronted the performance of the alkaline reagents, sodium hydroxide and calcium hydroxide, in the concentrate treatment by precipitation, in laboratory scale. It was used the statistical software Minitab as an evaluation tool of the results. In the first stage of testing, it was desired to define the experimental conditions and to prospect the use of precipitation and the selected alkalizing in the concentrate treatment. In the second step, the effect of the final pH precipitation and the use of seed in the fouling compounds removal were evaluated. In the third stage tests, it was investigated a broader range of final precipitation pH for the calcium hydroxide, in order to support the comparison of the alkaline reagents. It was conclude that sodium hydroxide has the best performance, since it provided the highest removal of Ca2+, Mg2+ and SiO2, with smaller dosage. Finally, treated concentrates by sodium hydroxide induced precipitation, at two final pH conditions, were evaluated as the feed of two stages RO desalination by ROSA simulation. It follows that the final pH control at 10.0 was sufficient to remove Ca2+ and SiO2 enough to provide the reduction of scale forming propensity to acceptable levels for the two new stages RO operation, with 68% water recovery. This finding suggests that may be possible to increase the RO unit global water recovery from 75% to 92%.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9Y7GBY
Issue Date: 27-Mar-2015
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