INTER LIFE PT 2016
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04.11.2016Vila do Luso
PROJETO LIFE HYMEMB
Título: Tailoring hybrid membrane processes for sustainable drinking water production
Duração: 3 anos
(01/01/2014 – 31/12/2016) Beneficiário Coordenador: LNEC, I.P.
Beneficiário Associado: Águas do Algarve, S.A. Orçamento total: 631 k€
Fundos UE: 282,7 k€ (45,5%)
Demonstrar que o processo híbrido PAC/MF (carvão ativado em pó / microfiltração
cerâmica) é uma solução resiliente e sustentável para controlo de contaminantes
emergentes na produção de água para consumo humano
• Fármacos (PhC), produtos de cuidado pessoal • Cianotoxinas
• Pesticidas
• Viriões e (oo)cistos de protozários • Matéria orgânica
natural (NOM) e antrópica (EfOM) • Subprodutos da oxidação (OBP)
Muitos contaminantes emergentes (EC) não estão (ainda) regulamentados
– Diretiva 2013/39/EU, altera a DQA (2000) e NQA (2008), introduz lista de vigilância com diclofenac, 17-alfa-etinilestradiol e 17-beta-estradiol
– Decisão de Execução (UE) 2015/495 da Comissão alarga a lista de vigilância a estrona e antibióticos macrólidos (eritromicina, claritromicina e azitromicina)
Além da perigosidade associada à potencial ação tóxica, mutagénica e/ou de desregulação
endócrina e desenvolvimento de bactérias multirresistentes a antibióticos, estes contaminantes têm em comum a resistência aos tratamentos convencionais existentes nas ETA e ETAR
ETA
ETAR
Pré-oxidação Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Cloragem
Mesmo otimizado, o
tratamento convencional
apresenta limitações para • microrganismos resistentes oxidação química (cripto, giardia)• NOM, OBP (THM, ác. haloacéticos, bromato)
• microcontaminantes médio-baixo PM (PhC, cianotoxinas, pesticidas)
Os desafios no tratamento da água
Processos avançados
Processos de oxidação avançada (AOP) Filtros de carvão ativado granulado (GAC) Biofiltração em carvão ativado (BAC) Biofiltração em filtros lentos areia (BF) Flutuação por ar dissolvido (DAF)
Processos de separação por membranas (MF, UF, NF) Processo integrado PAC/MF
Limitações
() Baixas remoções de orgânicos de moderado-baixo PM
() Colmatação com NOM
Vantagens
(+) Baixa pressão, menor consumo energia
(+) Excelente remoção de partículas
(+) Desinfeção segura (e.g. m.o. resist. oxid. química)
Membrana MF (PES) Membrana MF (PTFE) Cistos Giardia (8-14 µm) Células de Microcystis aeruginosa (> 3-10 µm)
Microfiltração (MF)
NF: 1-10 nm
100 – 1.000 Da (150-300)
5-40 bar
UF: 0,01-0,1 m
1.000 – 500.000 Da
0,5 - 5 bar
MF: 0,1-2 m
500.000 Da
0,1 - 1 bar
Limitações
() Tem apenas 1 utilização
custo ↑
volume lamas ↑
() Precisa contacto e retenção eficiente
(finos)
Vantagens
(+)
Eficiente remoção de microcontaminantes
(+)
Remoção de NOM
(+)
Uso contínuo ou descontínuo
Cianotoxinas: 165 - 994 Da
THM: 119-253 Da
Fármacos: (e.g. diclofenac 296 Da)
Pesticidas (e.g. atrazina 216 Da)
MF cerâmica (0,1 um) é barreira contra protozoários, bactérias, turvação e PAC muito fino
PAC pode ser ajustado a uma vasta gama de EC alvo PACfino(< 15um) + eficiente
estradiol Contaminantes - alvo bromato clorofórmio resorcinol (NOM) carbamazepina microcistina-LR viriões cistos de giardia oocistos de criptosporidium
O conceito PAC/MF
Porquê membranas cerâmicas de MF ?
(+)
Elevada resistência mecânica
e química
estabilidade da membrana
integridade da membrana
longo tempo de serviço
procedimentos efetivos de limpeza
controlo fiável de colmatação
filtração frontal (“dead-end”)
fluxos elevados
elevada recuperação de água
(> 95%)baixo consumo energia
(< 0.1 kWh/m3)Qualidade da água a tratar e
pré-tratamento são pontos-chave do
desempenho da membrana
Cronograma
1. Seleção de conjunto representativo de contaminantes alvo
2. Seleção dos carvões e condições a testar no protótipo – ensaios lab 3. Ensaios lab de viabilidade da tecnologia e gamas de condições de
operação
4. Projeto e construção de protótipo PAC/MF
5. Demonstração e benchmarking PAC/MF vs. tecnologia na ETA/ETAR 6. Análise custo-benefício com dimensão social
(metodologias participativas com stakeholders; atitudes e resistências à inovação)
Projeto e montagem do protótipo PAC/MF
flexibilidade e autonomia
operação contínua com Qp constante (50-250 L/h) filtração frontal ou tangencial pré-tratamento (PAC, coagulação, ajuste pH) estratégias de limpeza das membranas - pulsos, contra-lavagem, enxaguamento com água filtrada / soluções químicas e CIP aquisição (qualidade e quantidade) em linha, acesso e controlo remotoDemonstração PAC/MF
ETA de Alcantarilha – Águas do Algarve, Portugal
Testes intensivos: > 1 ano, 4 tipos de água (AAB, AAO, AAD, AAF) Otimizar: pré-tratamento, condições de operação, limpeza da membrana
Fluxos elevados de água tratada com AAF, AAD e AAO (140-260 lmh @ 0,6-1 bar), elevado tempo de filtração (2-4 h) e recuperação de água (≥ 97% )
Foram realizados testes com diferentes fluxos e dosagens de carvão e a adição
de PAC não tem efeito negativo na colmatação da membrana
Os resultados de qualidade da água são também muito promissores
Remoções de 78% a 98% do total de pesticidas (suplementados) e 83 - 98% do total de fármacos (suplementados); remoções mais baixas obtidas com AAO e menores doses PAC
(2 mg/L e 6 mg/L)
97-98% remoção de cafeína (9 dias; C0, spiked< 0,3 ug/L)
Em resumo, até ao momento…
Principais resultados
EC selection
process screening process optimization regular monitoring
Sound demonstration of treatment solutions
Benchmarking of treatment solutions
New methodologies for…
Outcomes
A metodologia para demonstração de novas soluções
Replicação nos projetos LIFE aWARE e LIFE Impetus (em curso)
www.life-aware.eu
www.life-impetus.eu
Outcomes
The research leading to these results has received funding from European Union LIFE programme under grant agreement LIFE12 ENV/PT/001154.
The publication reflects only the authors views and European Union is not liable for any use that may be made of the information contained therein.