Sistema de membrana reciclada assistido por energia solar fotovoltacia para recuperação ambiental da água de lagos ornamentais eutrofizados
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Victor Flores Mendes
Glaucia Pantano
Luciano Matos Queiroz
Glaucia Pantano
Luciano Matos Queiroz
Resumo
A eutrofização é um desafio ambiental premente em todo o mundo, que associa o aumento da produtividade primária e o desenvolvimento excessivo de algas e/ou macrófitas aquáticas, o que implica em efeitos adversos sobre os ecossistemas aquáticos, como o desenvolvimento de condições anóxicas e diminuição da diversidade de espécies. Além disso, a eutrofização afeta os bens e serviços ecológicos derivados de lagos e reservatórios, como o abastecimento de água. Ao mesmo tempo, o impacto negativo da escassez de água potável têm estimulado o interesse por sistemas de tratamento descentralizado de água utilizando processos de separação por membranas (PSM) auxiliados por energias renováveis. A utilização da energia solar fotovoltaica (FV) para o acionamento dessas instalações ocorre de modo satisfatório a formar um sistema FV-membrana com baixo consumo específico de energia, indicado principalmente para regiões desconectadas da rede. Estudos recentes desenvolveram a reciclagem de membranas de osmose inversa, ao final da sua vida útil, como uma alternativa ao seu descarte. As membranas recicladas, de baixo custo, são utilizadas em processos de separação menos restritivos. O presente estudo avaliou o desempenho de um sistema com membrana reciclada auxiliado por energia solar FV para tratamento de águas eutrofizadas de lagos ornamentais. Em escala de bancada investigou-se o tratamento de amostras de água eutrofizada, coletadas de dois lagos ornamentais, utilizando uma membrana reciclada, similar a membranas de ultrafiltração (UF) comerciais. Em escala piloto, avaliou-se um módulo de membrana reciclada de UF em configuração espiral em um sistema assistido por energia solar FV. O tratamento foi avaliado quanto à remoção de cor, turbidez, demanda química de oxigênio (DQO), fósforo total (PT), ortofosfato, nitrato, amônia, carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e clorofila a. Os resultados demonstraram que as membranas recicladas de UF propiciaram um permeado com valores médios de 0,1 UNT para turbidez; 2,2 uH para cor aparente; 26,3 mg/L de DQO; 1,6 mg/L de PT, 7,4 mg/L de COT; 0,2 µg/L de clorofila a e 0,4 mg/L de NT. Destaque para remoções superiores a 90% para os parâmetros PT, COT e DQO; superiores a 96% para clorofila a e cor aparente; superiores a 98% para turbidez e superiores a 40% para a remoção de NT. O sistema FV-membrana reciclada de UF demonstrou capacidade de operação, de modo satisfatório, isento de riscos de redução drásticas na pressão de operação ou desligamentos, para fins de remoção de algas e recuperação da qualidade de lagos ornamentais eutrofizados.
Abstract
Eutrophication is a pressing environmental challenge worldwide, which associates the
increase in primary productivity and the excessive development of algae and/or aquatic
macrophytes, which implies adverse effects on aquatic ecosystems, such as the
development of anoxic conditions and of species diversity. In addition, eutrophication
affects ecological goods and services derived from lakes and reservoirs, such as water
supply. At the same time, the negative impact of potable water shortages has
stimulated interest in decentralized water treatment systems using membrane
separation processes (PSM) aided by renewable energies. The use of photovoltaic
solar energy (PV) to drive these installations occurs in a satisfactory way to form a PVmembrane system with low specific energy consumption, mainly indicated for regions
disconnected from the grid. Recent studies have developed the recycling of reverse
osmosis membranes, at the end of their useful life, as an alternative to their disposal.
Low-cost, recycled membranes are used in less restrictive separation processes. The
present study evaluated the performance of a recycled membrane system aided by PV
solar energy for the treatment of eutrophic waters from ornamental lakes. On a bench
scale, the treatment of eutrophic water samples, collected from two ornamental lakes,
using a recycled membrane, similar to commercial ultrafiltration (UF) membranes, was
investigated. On a pilot scale, a recycled UF membrane module in spiral configuration
was evaluated in a PV solar powered system. The treatment was evaluated for removal
of apparent color, turbidity, chemical oxygen demand (COD), total phosphorus (TP),
nitrate, ammonia, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN) and chlorophyll a.
The results showed that the recycled UF membranes provided a permeate with
average values of 0,1 UNT for turbidity; 2.2 uH for apparent color; 26.3 mg.L-1 of COD;
1.6 mg.L-1 of TP, 7.4 mg.L-1 of TOC; 0.2 µg.L-1 of chlorophyll a and 0.4 mg.L-1 of NT.
The highlights were removals higher than 90% for TP, TOC and COD; higher than 96% for chlorophyll a and apparent color; higher than 98% for turbidity and higher than 40%
for TN removal. The PV-recycled UF membrane system demonstrated satisfactory
operation capacity, with no risk of drastic reduction in operating pressure or shutdowns,
for the purpose of algae removal and recovery of the environmental quality of
eutrophicated ornamental lakes.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Energia solar, Ultrafiltração, Separação (Tecnologia), Eutrofização
Palavras-chave
Água eutrofizada, Membrana reciclada, Ultrafiltração, Energia solar fotovoltaica
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