FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS DIPL.-ING. STEFAN LÖBLICH

Workshop sobre Processos de Tratamento de Lixiviados de Aterros Sanitários

Evento de Aniversário da Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública - ABLP 45 Anos - 30 de Novembro de 2015

LIXIVIADO OU CHORUME

Lixiviação de água durante o tratamento de resíduos sólidos – coleta - transporte -

aterro sanitário. É um “Percolado” Chorume = Lixiviado = Leachate

CHORUME – EFEITOS POSITIVOS E NEGATIVOS

CHORUME É UMA NECESSIDADE: • Bioreator - Aterro sanitário • Atividade bacteriana > 40% H2O • Transporte de nutrientes entre espécies

de bactérias pela mistura do “bioreator aterro” só pela movimentação de água na massa de resíduos – CHORUME

• Produção de biogás • REDUÇÃO do tempo de tratamento de

resíduos e estabilização do aterro

PROBLEMÁTICA DO CHORUME: • Gestão dentro da massa de resíduos • Drenagem e coleta • Potencial poluidor • Necessidade de Tratamento especifico • Cerca 20% do custo de tratamento de

resíduo em aterro sanitário é para o tratamento de chorume!

Eventualmente ocorrência de metais

pesados e substâncias perigosas

Teor de CQO “duro”

– não biodegradável

Variações de:

• Vazões

• Concentração de poluentes

Problemáticas do Tratamento do chorume

Altas concentrações: • Sais • Azoto • DQO

Cambio da qualidade do chorume depois de alterações no sistema de drenagem

Cumprimento dos limites de descarga Simplicidade e estabilidade na operação

Capacidade de resposta da instalação às variações de composição/carga do chorume

Sistemas “clássicos” de tratamento de águas residuais domésticos não tem capacidade de resposta

O DESAFIO PERFORMANCE

CAPEX

OPEX

Adaptabilidade do sistema a novas situações

CADA PROCESSO TEM VANTAGENS E LIMITAÇÕES SOLUÇÕES “MILAGROSAS” NO EXISTEM

Tratamento de chorume

Fatores importantes da eficiência de uma instalação -

independentemente do tipo de tratamento:

Capacidade de resposta face as variações de composição e carga

Limites de capacidade de resposta “Valores máximos e mínimos”

Tempo de resposta para as alterações de composição e carga

Adaptabilidade do sistema a novas situações Alteração das parâmetros de operação

Operador

Adaptação dos instalações existentes

Prever a possibilidade de instalações adicionais

Eficiências de processos para a eliminação de poluentes

Processo SST CBO5 CQO N-total NH4-N

NH3-N

Metais

pesados AOX Sais

Tratamento biológico - + (+)2)

(+) (+) (-) (-) -

Adsorção / Carvão

ativado - (-) +

3) - - (-) + -

Sedimentação /

Flotação (+) (-) (-) - - (+)5) (-) -

Filtração / Ultra-

filtração + (-) (-) (-) - (+) (-) -

Osmose Inversa (+) +1)

+1)

+ (+) + + +

Lavagem gás “Stripping” - (-) (-) - + (-) (+)6)

-

Oxidação química - (-) + (-) (+) - (+)7)

-

Evaporação + +4)

+4)

(+) (-) + +4)

+

Incineração + + + + + (+) + +

+ …Adequado

(+)…Adequado c/ limitações

(-) …Eficiência reduzida

- …Não adequado

1 Menos conveniente para eliminação de moléculas muito pequenas.

2 Só apropriado para substâncias biodegradáveis (residual de CQO).

3 Menos conveniente para substâncias biodegradáveis.

4 Menos conveniente para substâncias voláteis sobre as condições do processo.

5 Com precipitação especifica para os metais pesados.

6 Não adequado para substâncias não voláteis.

7 Eventual criação de Trialometanos

Tratamento de chorume direto com sistemas de filtração por membranas

SISTEMA DE ULTRAFILTRAÇÃO para remoção de sólidos

SISTEMA DE NANOFILTRAÇÃO para remoção de moléculas orgânicas maiores e iões multivalentes

SISTEMAS DE OSMOSE REVERSA:

Solução mais consequente para remoção de quase todos os poluentes – em função da retenção e da qualidade exigida:

execução em até 3 etapas

Nanofiltração Osmose Inversa - Número de etapas

Parâmetros 1 2 3

*) min. máx. min. máx. min. máx.

COD 60-80 85.0 98.0 97.5 99.9 97.5 99.9

BOD5 50-70 80.0 97.0 96.4 99.8 96.4 99.9

TOC 60-80 85.0 98.0 98.0 99.7 98.0 99.9

AOX 60-90 80.0 95.0 97.5 99.5 97.5 99.9

N – total 30-60 75.0 95.0 95.0 99.0 95.0 99.9

NH4 - N 20-50 75.0 95.0 95.0 98.5 95.0 99.8

NO2 – N 15-70 70.0 85.0 95.0 98.0 95.0 99.7

PO4 – P 60-90 95.0 98.0 95.0 99.0 95.0 99.9

RETENÇÃO EM MEMBRANAS

Vantagens do tratamento com Osmose Inversa (OI)

Solução mais consequente para

descarga direta no meio hídrico

Processo mais simples e

económico

Rápido arranque e paragem do

sistema

Adaptação rápida a novas

situações

Alta disponibilidade do sistema

Construção modular =

Flexibilidade

+

Sistemas Membranas – Considerações Importantes

Substâncias que colmatam ou danificam

as membranas

Passagem de substâncias voláteis

Rendimentos baixos em caso de

concentrações muito altas

Tratamento do concentrado – Soluções

e Custos?

Concentrado – Recirculação para a

massa de resíduos é a solução mais

viável

!

Concentrado: Recirculação e Re-infiltração

• Solução mais económica

• Poluentes permanecem no destino

• Teor de humidade para processos

anaeróbios > 40%

• Evitar efeito de concentração pela

recirculação “curto circuito do liquido”

• Procedimentos/Manual de boas

praticas para a

recirculação/reinfiltração

+

!

Osmose Inversa Evaporação Eliminação

de Azoto Secagem

Alternativa: Linha de tratamento de Concentrado Completa

Alternativa:

Inertização

Fase I

Permeado I

Concentrado

Concentrado II

Água tratada = Permeado final Chorume

Fase II

Ácido, Antiscalent

Filtro

de

areia

Filtro

de

vela

Sala de controlo e

comando

•PLC

•PC/modem/

ecrã

•Armários c/

sistema

elétrico

Crivo

Permeado II

Fase III

Concentrado III

PASSOS DO PROCESSO DE OSMOSE REVERSA - CHORUME

CONFIGURAÇÕES DE MEMBRANAS

Módulo de disco ou

módulo plano Módulo tubular

(>0,005m)

MEMBRANAS APLICADAS

SISTEMA DE OSMOSE INVERSA MONTADO EM CONTENTOR

PRÉ-TRATAMENTO INTEGRADO

SEPARAÇÃO E ACONDICIONAMENTO DO SISTEMA ELETRICO

PERIFERIA DO SISTEMA

AUTOMAÇÃO E VISUALIZAÇÃO

Dados técnicos

Caudal 120 m3/dia

Tipo tratamento Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases; Redução dos concentrados com evaporação (linha existente)

Qualidade do chorume tratado

Qualidade para emissão direta em meio hídrico sensível conforme legislação

Tratamento de chorume AS Santiago de Compostela - Espanha

Aumento de capacidade e disponibilidade

de tratamento existente.

Complementação de sistema de

evaporação para redução de custos de

operação.

Dados técnicos

Caudal 2 x 100 m3/dia

Tipo tratamento

Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases

Qualidade do chorume tratado

Qualidade para reutilização interna da água tratada

Tratamento de Chorume AS Madrid - Valdemingómez Espanha (1)

Aluguer de sistemas de Osmose Inversa a

longo prazo (2012-2015) com apoio a

operação

Dados técnicos

Caudal 200 m3/dia

Tipo tratamento

Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases

Qualidade do chorume tratado

Qualidade para reutilização interna da água tratada

Tratamento de Chorume AS Madrid - Valdemingómez Espanha (2)

Fornecimento, instalação e assistência

técnica de sistema de Osmose Inversa

novo e lavador de gases

Dados técnicos

Caudal 120 m3/dia

Tipo tratamento Préfiltração – Osmose Inversa em 3 etapas – Lavador de gases;

Qualidade do chorume tratado

Qualidade para emissão direta em meio hídrico conforme legislação Brasileira

Tratamento de chorume AS São Gonçalo (SP)

Fornecimento, instalação e operação de

sistema de Osmose Inversa novo e

lavador de gases fabricado em Brasil

Tratamento direto de chorume

A EMPRESA

Fabricação de sistemas de tratamento de chorume,

aguas industrias e de sistemas de purificação de aguas

potável por membranas.

Projeto para aterros sanitários, tratamento,

separação e valorização de resíduos Reciclagem de plásticos Biogás

ENGENHARIA E FORNECEDORA DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TRATAMENTO E VALORIZAÇÃO

AMBIENTAIS

Tratamento Biológico avançado com MBR e Carvão Ativado como tratamento Terciário

Sistema para Tratamento de Chorume

Rota de Tratamento: Biológico/UF/CA

Aterro Central de Hannover - Alemanha

Desnitrificação Nitrificação Ultrafiltração

Arrefecimento

Adsorção

Carvão

Ativado

Recirculação

Desnitrificação/La

mas Custo ~ 25€/m3

Permutador de calor

Tanque de O2

Nitratos

Filtrado

Descarga

Chorume bruto

Estação de Tratamento de Chorume Aterro de Burghof - Alemanha

Afinação do lixiviado pré-tratado com filtração por Carvão Activado

Considerações

A eficiência de adsorção depende: – Tempo em contacto com carvão (3-4 tanques em série) – Tipo/qualidade do carvão – Carregamento do carvão (%)

Logística carvão - Execução em tanques de 20 m3

Tanques deverão ser preparados para a fácil mudança do carvão

Vantagem:

Redução biológica a montante

Não produz concentrado

Desvantagem:

Deslocação dos poluentes restantes para o carvão – destino final?

Não elimina N-NH4+

Operação complexa: Pré-tratamento: redução CQO<1000 & VLE NH4

Análise de CQO num Sistema de Carvão Activado – (Três tanques em série)

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

21-1

2-19

96

07-0

1-19

97

24-0

1-19

97

10-0

2-19

97

27-0

2-19

97

16-0

3-19

97

02-0

4-19

97

19-0

4-19

97

06-0

5-19

97

23-0

5-19

97

09-0

6-19

97

26-0

6-19

97

13-0

7-19

97

30-0

7-19

97

16-0

8-19

97

02-0

9-19

97

19-0

9-19

97

06-1

0-19

97

23-1

0-19

97

09-1

1-19

97

26-1

1-19

97

13-1

2-19

97

30-1

2-19

97

16-0

1-19

98

02-0

2-19

98

19-0

2-19

98

08-0

3-19

98

25-0

3-19

98

11-0

4-19

98

28-0

4-19

98

15-0

5-19

98

01-0

6-19

98

18-0

6-19

98

05-0

7-19

98

22-0

7-19

98

08-0

8-19

98

25-0

8-19

98

11-0

9-19

98

28-0

9-19

98

15-1

0-19

98

01-1

1-19

98

18-1

1-19

98

05-1

2-19

98

22-1

2-19

98

08-0

1-19

99

25-0

1-19

99

CQ

O [

mg

/l]

CQO entrado Carvão Activado [mg/l]

CQO após filtro 1 [mg/l]

CQO após filtro 2 [mg/l]

CQO após 3 - saída [mg/l]

Tratamento por Coagulação / Floculação (=“Físico Químico”)

Coagulação e Floculação com produtos químicos – Genericamente aplica-se um sal Ferroso ou de Alumínio para

coagulação/precipitação e um floculante (Polímero) – Ensaios frequentes para a adaptação da dosagem e do tipo dos produtos são

absolutamente indispensáveis para um bom funcionamento.

Electrocoagulação – Precipitação electroquímica pela degradação do Ânodo em Ferro ou Alumínio: 4Fe

→ 4Fe2+ + 8e−

Eficiência para redução do SST, de coloidais e de metais pesados

Separação das lamas químicas com os poluentes para tratamento subsequente

Vantagens: – Baixos custos de investimento

Desvantagens: – Operação exigente (Análises/Ensaios) – Altos custos de operação – Eficiência limitada - varia muito em função da tecnologia e operação

Tratamento por Processos de Oxidação AOP = Advanced Oxidation Processes

Mecanismos principais – electrocoagulação e degradação radical não selectiva: – Criação directa ou indirecta de radicais OH˙ – Criação dos radicais para a oxidação:

• Reacção Fenton (Fe + H2O2); • Ozono (+ H2O2); • Radiação UV (+ H2O2) • Reacção directa nos eléctrodos

Eficiência de tratamento: – Conversão parcial de poluentes orgânicos em CO2 e N2 por mecanismos radicais (Eficiências altas em

escala laboratorial - Literatura: redução de CQO 75% - 90%) – Bom funcionamento da oxidação directa principalmente em escalas laboratoriais – Melhoramento da degradibilidade biológica do CQO duro – Eventualmente económico em combinação com tratamentos biológicos – Produção subsequente de lamas (electrocoagulação em paralelo) – Separação/Tratamento – Devido à presença de Cloretos no lixiviado, criação de Hipoclorito e/ou Cl2 – recombinação para

novos produtos potencialmente tóxicos (Trialometanos)

Custos: – Tempo de vida útil dos eléctrodos ? – O consumo de energia é problemático : Valores da literatura: Consumo energético para oxidação de

1kg CQO: 60-500kWh; 1kg de N-NH4 26,6 kWh

Custos electricidade para 100m3/d; CQO=7000; N-NH4=3000; (0,08 €/kWh)

~4000 €/d !!!

Recirculação e Re-infiltração de chorume e Concentrado

Necessidade técnica e económica foi

reconhecida

Portugal: Decreto-Lei n.º 183/2009 (Anexo

III)

Manual de boas praticas para a

recirculação

Após de selagem de aterros é importante

evitar a paragem dos processos biológicos

Teor de humidade para processos

anaeróbios > 40%

Questões Regulares

Controlo da carga de poluentes /

não aumenta pela recirculação –

REINFILTRAÇÃO CONTROLADA

Qual é a melhor maneira de

recircular?

!

Impacto sobre a estabilidade do

aterro

Re-infiltração de chorume e concentrado

Aceleração da biodegradação -

Redução do tempo de estabilização

dos resíduos – Menos tempo do

“After Care”

Aumento da produção de biogás

Redução de vazões de chorume

pelo aumento da evapotranspiração

Pré-tratamento de chorume da fase

ácida do aterro e de concentrado de

OI

Os benefícios são conhecidos mas

difíceis de quantificar:

+

Reinfiltração - Alteração da produção de biogás

Os resultados dos testes e estudos

efectuados não são idênticos

mas existe claramente a

tendência pelo aumento da

produção de gás, caso existir

este potencial no aterro

Teste: GB 21

Numa célula impermeabilizada o

aumento de produção pode

atingir 20-30%

Reinfiltração - Alteração da produção de biogás

Reinfiltração - Alteração da produção de biogás

Reinfiltração de concentrados - Alteração na carga do lixiviado

Relatado são saídas de lixiviado

pelos taludes

Cada aterro e cada sistema de

reinfiltração é diferente

Importante para o bom

funcionamento é a consequente

implantação e utilização de um

sistema

Custos devem ser considerados!

Na maioria dos testes não se

verificou uma alteração de carga e

composição (Caudais definidos e

infiltração controlada!)

Caudais de Infiltração

A literatura recomenda

valores entre 0,5mm –

2mm/dia (2L/m2/dia)

Para 50 m3/dia de liquido

(concentrado) são necessário

2,5 hectares para reinfiltração

Métodos de Reinfiltração 1

Exemplo: Aterro Wilsum (Ensaios ATUS/Univ. Munich)

Crescimento com os resíduos ou abertura posterior

24 poços / 3ha Poço ca 2x2 - Altura água 2m

Controlo da quant. reinfiltração / poço

Poços de alta capacidade 20m3/d

Poços de baixa capacidade 1 m3/d

Valor kf = 10-5 - 10-6 m/s => 0,86m/d – 0,08m/d

Caudal max. 120 m3/d

Métodos de Reinfiltração 1

Poços de reinfiltração – sem material de enchimento

Tampa para protecção e manutenção – remoção de lamas acumuladas

Reinfiltração 2

Poços/Campos de reinfiltração

• Crescimento com os resíduos

• Impermeabilização por cima

Stegmann; Ifas

Poço de distribuição de concentrados

Poço de distribuição de concentrados

Métodos de Reinfiltração 3

Lança de reinfiltração – Espaçamento 15-20m

– Zonas seladas

– Variar profundidade

– Entupimentos!

Stegmann; Ifas

Reinfiltração 4 sistema na superfície

OUTROS APLICAÇÕES DE SISTEMAS DE TRATAMENTO POR MEMBRANAS

Produção de água potável

Produção para água de

caldeiras

Tratamento terciário de

efluentes de ETE

Tratamento de águas

industriais

Separação de líquidos

OBRIGADO DI STEFAN LÖBLICH

WWW.AST-AMBIENTE.COM

Maquina de teste móvel Osmose Inversa e Nanofiltração

Portugal 20-30 m3/d

OUTRAS ATIVIDADES DA AST-AMBIENTE:

- TRATAMENTO BIOLÓGICOS DE ÁGUAS INDUSTRIAIS POR SBR

- PROJETO DE USINAS DE TRATAMENTO MECÂNICO E BIOLÓGICO DE RESÍDUOS - PROJETO DE USINAS DE BIOGÁS AGRÍCOLA E DE BIOMETANO - PROJETO DE USINAS DE RECICLAGEM DE PLÁSTICOS

Projetos com ênfase

na fabricação local