4. Revisão Bibliográfica
4.4. Nexus Água Energia
4.4.3. Energia Consumida num Sistema de Abastecimento de Água
A energia consumida num sistema de abastecimento pode ser dividida em dois tipos, direta ou indireta. A energia utilizada para construção, operação e manutenção é designada como energia direta. A energia associada ao uso de material e outros serviços administrativos é referida como energia indireta (Santana, Zhang e Mihelcic, 2014). Segundo Mo et al (2011), existem estudos anteriores que sugerem que a energia indireta é idêntica e por vezes até maior que a energia direta. A energia incorporada num sistema de abastecimento, direta e indireta, aumenta com o crescimento do consumo de água. A performance ou eficiência da estação de tratamento de água é dependente da qualidade e quantidade da água afluente (Baykal, Tanik e Gonenc, 2003). Torna-se assim fundamental entender as diferenças dos consumos de energia consoante as diferentes origens da água.
Na Tabela 4.4 mostra-se a energia consumida tendo em conta diferentes origens de água.
Tabela 4.4
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Energia consumida consoante diferentes origens de água. Adaptado de Mo et al. (2011)Origem da água Energia Consumida
(MJ/m3) Detalhes Fonte
Água importada
18 575 km Stokes e Horvath (2009)
5 261 km Lyons et al. (2009) citado por Mo et al. (2011)
Água dessalinizada
42 Osmose inversa com pré-tratamento
convencional Stokes e Horvath (2009)
41 Osmose inversa com pré-tratamento
de membranas Stokes e Horvath (2009) 27 Águas subterrâneas salgadas Stokes e Horvath (2009)
24 Osmose inversa Lyons et al. (2009) citado por Mo et al. (2011)
Água reciclada
17 S.I.* Stokes e Horvath (2009)
3 S.I.* Lyons et al. (2009) citado
por Mo et al. (2011)
Água superficial
3 Apenas considerada a fase de
operação do tratamento Racoviceanu et al. (2007)
2 Operação e construção Friedrich (2002) citado por Mo et al. (2011)
11 Captação, tratamento convencional
com pré-ozonização e filtros de CAP Mo et al. (2011)
7 S.I.* Santana, Zhang e
Mihelcic (2014)
Água subterrânea 10 Captação e desinfeção Mo et al. (2011)
*S.I. – Sem Informação
Segundo Mo et al (2011), embora se tenha verificado alguma variação nos resultados anteriores, a dessalinização aparece consistentemente como a opção de produção de água que consome mais energia. Além disso, a energia consumida quando as origens de água são superficiais e subterrâneas é comparável com a energia consumida nas opções de origem da água reciclada e importada. Além destes resultados, são necessários mais estudos com maior detalhe sobre a qualidade da água bruta e um conhecimento mais aprofundado acerca dos processos de tratamento, com o objetivo de avaliar adequadamente a energia e o uso de material dessas opções (Mo et al., 2011).
Na Tabela 4.5 mostra-se a energia consumida em dois sistemas de abastecimento com origem de água subterrânea e superficial.
Tabela 4.5
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Energia consumida em dois sistemas de abastecimento de água, um com origem de água subterrânea e outro com origem de água superficial. Fonte: Mo et al. (2011)Origem da água Energia Direta (MJ/m3)
Energia Indireta (MJ/m3)
Energia Total Consumida (MJ/m3)
O&M Construção Total O&M Construção Total O&M Construção Total
Água subterrânea 6,1 0,2 6,3 3,7 0,3 4,0 9,8 0,5 10,3
Água superficial 4,8 0,2 5,0 5,5 0,3 5,8 10,3 0,5 10,8 O&M – Operação e Manutenção
Os resultados deste estudo mostraram que, em termos de energia direta, o sistema de abastecimento que recorre a água subterrânea (sistema de abastecimento que só inclui desinfeção sem tratamento adicional) consumiu mais energia do que o sistema de abastecimento que recorre a água superficial. Isto deveu-se a maiores exigências de bombagem. No entanto, em relação à energia indireta, o sistema de abastecimento de água de superfície consumiu mais energia, devido a maiores exigências de material (Mo et al., 2011).
Segundo Mo et al (2011), a energia associada a um sistema de abastecimento de água com fonte de água subterrânea é de aproximadamente 27% superior a um sistema de abastecimento com fonte de água superficial. Isto, deve-se principalmente a uma necessidade de bombagem superior no caso da origem da água ser subterrânea. Por outro lado, em relação à energia indireta, a energia consumida pelo sistema de água com origem subterrânea foi inferior (menos 31% que o sistema de água com origem de água superficial). Isto deve-se principalmente a uma menor utilização de reagentes no tratamento da água (Mo et al., 2011).
O processo de tratamento de água convencional (via coagulação, floculação, sedimentação e filtração) envolve usualmente um consumo de energia entre 0,25 e 1,0 kWh/m3. Este intervalo de valores teve
em consideração exemplos de consumos de energia de sistemas de abastecimento de água que contabilizam diferentes etapas (captação da água do rio e de fontes de água subterrânea, bombagem, transporte e distribuição) (Gude, 2015).
Mostra-se na Figura 4.6 a distribuição de energia numa estação de tratamento de água convencional.
Figura 4.6
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Distribuição da energia necessária numa estação de tratamento de água convencional. Adaptado de Gude, 2015)Segundo Gude (2015), a distribuição de água (67%) é a principal etapa consumidora de energia numa estação de tratamento de água, seguida da etapa de bombagem de água bruta (11%) e da bombagem dentro da ETA. Contrariamente, as bombagens de alimentação dos reagentes são as menos consumidoras de energia, sendo que a menos consumidora é a bombagem de alimentação de coagulante (0,2%). 2,1% 11,1% 0,2% 0,4% 4,7% 1,4% 0,3% 3,0% 0,3% 0,5% 8,6% 0,4% 67,0%
manutenção de admin-lab bombagem da água bruta alimentação de coagulante alimentação de polímero
mistura rápida floculação
sedimentação filtração por gravidade lavagem da superfície hidráulica bombagem de lavagem bombagem na ETA alimentação de cloro distribuição de água
Mostra-se na Figura 4.7 a distribuição de energia direta e indireta num sistema de abastecimento de água.
Figura 4.7
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Distribuição da energia total consumida numa estação de tratamento de água. Fonte: Santana, Zhang e Mihelcic (2014)A Figura 4.7 mostra que, segundo Santana, Zhang e Mihelcic (2014), 62,9% da energia total consumida diz respeito à energia direta. Esta percentagem deveu-se principalmente ao uso de bombas de alta capacidade para o transporte de água tratada através do sistema de distribuição. Os restantes 37,1% dizem respeito à energia indireta associada aos reagentes utilizados no tratamento. Os reagentes utilizados na fase de floculação/sedimentação e biofiltração foram responsáveis por 76% da energia indireta total.