08 a 13 de Julho de 2012
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ESTUDO DE CASO: ECONOMIA DE ÁGUA E MELHORIA DA EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA PARA SISTEMAS DE CAPTAÇÃO EM POÇOS
SUBTERRÂNEOS
RESUMO
Este trabalho é o resultado de um estudo sobre a possibilidade de melhoria operacional dos poços subterrâneos em unidade de tratamento de águas de uma planta industrial, realizado no período de julho a setembro de 2009. Essa temática foi levantada porque se verificou a possibilidade de aumentar a eficiência energética, reduzir o consumo de água e minimizar a geração de efluentes líquidos dessa unidade. A importância disto para a empresa se revela nos resultados, que foram traduzidos em ganhos financeiros, na melhoria da sua imagem perante a sociedade e em um maior controle ambiental. Nesse estudo, o objetivo será alcançado ao aumentar o intervalo da retrolavagem dos filtros de areia. Foi feita uma drenagem de água nos dez minutos iniciais de captação dos poços, suficiente para melhorar significativamente a qualidade da água obtida; esse procedimento fará com que a corrente aquosa chegue ao tratamento com menor turbidez, o que implica num menor entupimento dos filtros devido a diminuição dos materiais sólidos carregados. Colocado em prática, o procedimento sugerido apresentou-se satisfatório com a obtenção dos resultados previstos.
PALAVRAS-CHAVE: Consumo de Água, Eficiência Energética, Poços Subterrâneos.
INTRODUÇÃO
Entre outros problemas causados ao planeta, as ações humanas são responsáveis pelas mudanças climáticas e suas consequências devastadoras ao meio ambiente e na qualidade de vida das pessoas. No Nordeste brasileiro tais mudanças apresentam-se principalmente pela redução da precipitação, como previsto pelo estudo de Tanajura et al. (2010) que prevê para o litoral baiano – região onde está inserido o Polo Petroquímico de Camaçari – uma redução de até 70% na precipitação no período de 2070 a 2100. Diante deste cenário, a subsistência das indústrias instaladas na Região Metropolitana de Salvador (RMS) depende, cada vez mais, de soluções inovadoras e adequação de procedimentos de forma a reduzir o consumo e desperdício de água. Para reduzir eficientemente o consumo de recursos naturais, tal qual a água, inicialmente é necessária realizar intervenções no processo produtivo e, só então, depois de esgotadas as possibilidades de redução do consumo desses recursos, partir para o tratamento e disposição de resíduos. Esta é a visão da produção mais limpa ou gestão ecoeficiente (Alves et al. 2009). Todavia, apesar de tais vantagens, a gestão ecoeficiente ainda é pouco utilizada nas empresas, por acreditar-se que a adequação às normas ambientais acrescente um custo à produção. Porém, Porter e Linde (1999) mostraram que esta visão é equivocada, pois o investimento inicial é compensado com a melhoria da eficácia do processo, melhor utilização de insumos e redução da geração do resíduo.
Este artigo apresenta os resultados obtidos após a aplicação dessa metodologia em uma determinada unidade de tratamento de água (UTA) para fins industriais. Nesta unidade, a água bruta é captada em poços subterrâneos e transportada através de bombas e adutoras até a estação de tratamento. A eficiência final do tratamento de água depende das características físico-químicas da água bruta captada e estas são determinadas pela localização do poço usado para tal captação. Estes poços possuem água de boa qualidade, com baixos teores de sólidos suspensos e ausência de matéria orgânica e microorganismos. Tal qualidade permite que etapas de tratamento como a clarificação sejam dispensadas, sendo necessária apenas a filtração para a produção de água industrial (AI) com qualidade equivalente à água clarificada. Todavia, durante a partida das
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bombas de captação, o transiente da operação traz consigo sólidos em suspensão, que ficam retidos nos filtros de areia.
Uma água bruta com baixa qualidade pode ocasionar transtornos no processo de tratamento de água. Na unidade em estudo, a principal característica a ser controlada é o teor de sólidos suspensos, pois um aumento neste parâmetro ocasionará, por exemplo, um entupimento mais frequente dos poros do filtro de areia – primeiro equipamento do processo produtivo da unidade – ocasionando paradas de parte do processo para a limpeza dos filtros com água captada dos poços. Além disso, resulta em mais colóides no sistema de geração de vapor e nas membranas de osmose reversa. Discutindo estratégias para minimizar esses problemas, foram realizados experimentos em laboratório e em campo para determinação da turbidez e da condutividade da água captada. Isso confirmou a presença de grande quantidade de sólidos em suspensão no transiente da operação, causando a saturação mais rápida dos filtros de areia.
A primeira opção a ser avaliada é a redução na fonte dos motivos de lavagem dos filtros. Neste caso, a formação do transiente rico em sólidos suspensos seria evitada com a operação dos poços durante todo o dia. Contudo esta solução ainda não é viável, pois há limites operacionais (mudança de tecnologia) e de outorga (legislação) a serem considerados. Assim, estudou-se uma solução intermediária: a redução da frequência de lavagens dos filtros devido à drenagem dos poços.
OBJETIVOS DO TRABALHO
O estudo visa confirmar que a gestão ecoeficiente é economicamente viável, vantajosa e satisfatória. Especificamente, a pesquisa verifica a possibilidade de melhoria operacional dos poços subterrâneos de uma unidade de tratamento de águas para captar água com uma qualidade melhor (menor turbidez), sem precisar mudar o processo como um todo. Obtendo os resultados esperados, o intervalo de retrolavagem dos filtros de areia no início da unidade será maior, já que o entupimento dos filtros ocorrerá com menos frequencia. Isto acarretará em um menor consumo de água, na redução da quantidade de efluentes enviados para tratamento e em um aumento na eficiência energética do sistema. Este último relaciona-se com a economia de energia devido à redução da lavagem dos filtros.
METODOLOGIA
A metodologia utilizada consiste em primeiro estudar e compreender o ciclo hídrico regional em que a empresa está inserida. Depois em organizar os diversos processos pela dimensão do consumo de matéria-prima e água, bem como a geração de efluentes hídricos. Por último, aplica-se o conceito de produção mais limpa, buscando oportunidades de melhorias no processo produtivo, através de correção de ineficiências operacionais, mudança tecnológica ou de insumos (Kiperstok, 2003).
Antes da alteração, a corrente de água captada dos poços era direcionada diretamente para um filtro de areia. Após estudar todas as partes da unidade de tratamento, pensou-se em duas possibilidades de operação, baseado na obtenção da água de melhor qualidade. A primeira seria drenar durante dez minutos a água na partida das bombas e a segunda utilizar os poços de forma contínua. Ambas as formas de operação propiciam uma condição operacional mais adequada aos equipamentos do sistema de captação e tratamento de água, eliminando perdas, reduzindo a geração de efluentes e até mesmo aumentando a eficiência energética do sistema. Entretanto, a segunda possibilidade mostrou-se inviável, já que caso as bombas instaladas nos poços da unidade em estudo operassem ininterruptamente, mesmo em potência mínima, o limite de outorga diário permitido pelo órgão ambiental seria ultrapassado.
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Após explicar como seria a metodologia utilizada ao supervisor da unidade e sua equipe, os mesmos se disponibilizaram em contribuir com o desenvolvimento deste estudo, fornecendo os dados necessários, acompanhando a equipe do projeto e testando as soluções sugeridas.
Inicialmente, o comportamento dos poços durante a partida das bombas foi estudado. As bombas de captação foram desligadas e após trinta minutos de repouso, foram religadas novamente. Após a partida, as correntes dos drenos foram alinhadas para o solo. Amostras de água drenada foram retiradas em determinados intervalos de tempo e uma análise de turbidez foi feita em campo para a verificação do ponto ótimo de drenagem. O método utilizado durante os ensaios foi o método calorimétrico da Hach Company (número 8237), encontrado no handbook que acompanha o colorímetro Hach DR-890. Verificou-se que a turbidez diminuiu com o tempo de bombeamento, como pode ser observado na Tabela 2, na parte dos resultados. Posteriormente, essas amostras foram analisadas em laboratório as análises de turbidez inicial, turbidez final e condutividade final, e assim confirmados os resultados obtidos em campo.
Foi calculado o tempo entre o início do bombeamento da água até a verificação de água com baixa turbidez. Também foi determinado o volume necessário para drenagem de água durante a partida da bomba dos poços e comparado com o volume de água utilizada na retrolavagem dos filtros de areia. Analisou-se também a energia que será gasta durante as drenagens dos poços e as retrolavagens. Como os resultados foram satisfatórios, desde julho de 2009, momento em que o estudo se iniciou, a drenagem inicial dos poços é realizada até hoje.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste trabalho iremos supor que a vazão de outorga diária total é igual a 100 m³/h (soma das outorgas diárias dos poços A, B, C e D), e este será utilizado para calcular proporcionalmente a outorga diária e a vazão diária captada de cada poço, que estão registrados na Tabela 1.
Tabela 1: Outorga Diária e Vazão Diária Individual.
POÇO A POÇO B POÇO C POÇO D TOTAL
Outorga Diária /(m³/dia) 9,20 32,90 32,90 25,00 100,00
Vazão Captada Diáriamente /(m³/dia) 2,51 20,29 22,11 15,01 -
Ao retornar a operação dos poços, o transiente da operação traz consigo grande quantidade de sólidos em suspensão que saturam os filtros de areia. A finalidade de um filtro de areia é a retenção de sólidos suspensos e de impurezas presentes na água, como folhas e fios, sendo assim utilizado no pré-tratamento dos sistemas de desmineralização. Muitas vezes, é o primeiro equipamento de uma estação de tratamento, e por isso a qualidade da água obtida no final depende da água de chegada. Quanto mais “suja” a água do poço, mais sólidos e impurezas serão retidas. Consequentemente maior o número necessário de retrolavagens dos filtros, o que acarreta em um maior consumo de água. Uma representação esquemática simplificada de uma unidade de tratamento de águas (UTA) é apresentada na Figura 1.
Para reduzir este efeito foi recomendada a drenagem da primeira água captada para o solo, pois isto contribui para a redução de sólidos suspensos enviados para o sistema de filtragem. Observando a Figura 1, percebe-se que após os filtros de areia, a água captada ainda irá passar por outros equipamentos, e a qualidade da mesma será um dos fatores determinantes para a eficiência final do sistema de tratamento. A importância em se obter uma água de boa qualidade ultrapassa os limites da unidade de tratamento, já que ela pode acarretar, por
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exemplo, um aumento na quantidade de ciclos de concentração das torres de resfriamento e uma diminuição das purgas de caldeira.
POÇOS CLARIFICADOR FILTROS DE AREIA EMPRESA CONTRATANTE SISTEMA DE LEITO FLUIDIZADO SISTEMA DE
OSMOSE REVERSA REJEITO
OUTROS EQUIPAMENTOS
Figura 1 - Representação esquemática de uma unidade de tratamento de águas qualquer.
A partir da análise das amostras coletadas em campo, foi realizada uma análise de turbidez para se encontrar o ponto ótimo de drenagem e verificou-se que a turbidez diminuiu com tempo de bombeamento. Assim, após o tempo de 10 minutos (ponto ótimo) a água já apresentava turbidez adequada para o processo, como está registrado na Erro! Fonte de referência não encontrada.. Depois da análise dessas amostras em laboratório, constatou-se que esses resultados condizem com as que foram feitas em campo.
Tabela 2: Turbidez, em NTU, nos Poços A, B, C e D.
Tempo de Operação (em min) POÇO A POÇO B POÇO C POÇO D
Após 1 minuto 17 80 383 62
Após 3 minutos 21 30 26 41
Após 6 minutos 17 14 10 34
Após 10 minutos 12 6 Sem Análise Sem Análise
Há um consumo de água inerente a esse novo modo de operação, que seria o da drenagem de cada um desses poços, que estão registrados na Tabela 3. Entretanto, o volume drenado é compensado pela redução da frequência da retrolavagem dos filtros de areia, uma vez que o tempo de campanha aumentará devido à melhor qualidade de água captada. A vazão drenada durante todo o experimento é apenas 0,47% do total da outorga (ver Erro! Fonte de referência não encontrada.). Esse volume total de drenagem da primeira água captada para o solo é considerado pequeno se comparado com o volume da retrolavagem de apenas um filtro de areia, que é aproximadamente 1,57% do total da outorga.
Tabela 3: Volume de Água Drenado na Partida dos Poços Durante o Experimento.
POÇO A POÇO B POÇO C POÇO D TOTAL
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Todos os benefícios em relação à água captada estão descritos na Erro! Fonte de referência não
encontrada., onde merece destaque a significativa redução no volume consumido na lavagem dos filtros.
Vale ressaltar mais uma vez a suposição de que a vazão de outorga diária total seria 100 m³/dia. Simultaneamente, houve uma redução do consumo de energia. A economia de água e energia pode ser calculada da mesma forma, utilizando a seguinte relação:
Economia de Água (ou Energia) = (NRI x RI) – ((ND x D) + (NRF x RF))
Onde:
NRI = Número de retrolavagens iniciais (sem realização de drenagens) RI = Volume (ou consumo de energia) das retrolavagens iniciais ND = Número de drenagens
D = Volume (ou consumo de energia) das drenagens
NRF = Número de retrolavagens finais (após realização das drenagens) RF = Volume (ou consumo de energia) das retrolavagens finais
Tabela 4: Melhorias Observadas após Mudança no Procedimento de Partida dos Poços
ANTE S
DEPOIS UNIDADE Frequência de Lavagem dos Filtros 30 12 Lavagem/mês
Volume Consumido na Lavagem de um Filtro
1,57 1,57 m³/dia
Volume Total Consumido em Lavagens 47,24 18,90 m³/mês
Volume Consumido em Drenagens 0,00 0,47 m³/mês
Volume Total Consumido em Drenagens 0,00 14,17 m³/mês
Total de Água Consumida 47,24 33,06 m³/mês
Os benefícios energéticos podem ser observados tomando como base o gasto energético da lavagem dos filtros do ano de 2009, onde houve um acréscimo de 20% com as drenagens dos poços em 2010. Todavia, a frequência de lavagem dos filtros reduziu o gasto energético em 60%, totalizando assim uma economia de 40% no total do consumo de energia de 2010 em relação a 2009. Tudo isso provou ser possível obter água de melhor qualidade a ser direcionada ao tratamento.
CONCLUSÃO
A mudança proposta no sistema de captação e de água para a unidade industrial está em funcionamento e mostrou-se prática, segura, econômica e ambientalmente sustentável. Mesmo havendo um consumo de água durante a drenagem inicial captada para o solo, houve uma compensação devido ao aumento no intervalo da retrolavagem dos filtros, consequência da melhor qualidade da água captada; além disso a drenagem da água ocorre no próprio ponto de captação o que possibilita a infiltração da mesma no local de extração. A resultante redução no consumo de água decorreu em menor quantidade de efluentes enviados para tratamento e em um aumento na eficiência energética do sistema. Os resultados obtidos pela unidade, além de ampliar as idéias de Produção Limpa, se traduzem em ganhos em termos de desempenho ambiental e econômico. Nos dias atuais, um pensamento sustentável está sendo exigido cada vez mais das empresas geradoras de efluentes, e muitas vezes inovações tecnológicas imediatas mostram-se inviáveis. Assim, o presente estudo de caso também buscou mostrar a viabilidade e relevância de práticas ecoeficiêntes em uma unidade de tratamento, provando que medidas que não requerem grandes investimentos podem fazer uma diferença significativa nos resultados,
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ou pelo menos servir como um paliativo até que mudanças mais complexas e dispendiosas no processo aconteçam. São práticas cotidianas como essa que propiciam uma maior competitividade, estimulam a aproveitar as oportunidades de melhora, e dá a certeza de estar produzindo algo com responsabilidade social e ambiental.
REFERÊNCIAS
1. ALVES, J.L.S. et al. A viabilidade da ecoeficiência como fonte de inovação e ganho competitivo nas micro e pequenas empresas brasileiras. Anais V Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2009. 2. TANAJURA, C.A.S.; GENZ, F., ARAÚJO, H.A. Mudanças climáticas e recursos hídricos na Bahia:
Validação da simulação do clima presente do HADRM3P e comparação com os cenários A2 E B2 para 2070-2100. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 25, n.3, pp. 345-358, 2010.
3. PORTER, M.E.; LINDE van der, C. Green and competitive: ending the stalemate. JBA, 1999.
4. KIPERSTOK, A. et al. Minimização do uso da água na indústria através da parceria entre universidade empresas: o Projeto Braskem-Água. Bahia Análise & Dados, v.13, nº especial, pp. 557-566, 2003.
