Dessalinização por Osmose reversa na obtenção da água potável a partir da água do mar por “Peneira de Grafeno”

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ARTIGO ORIGINAL

CORRÊA, Aline [1]

CORRÊA, Aline. Dessalinização por Osmose reversa na obtenção da água potável a partir da água do mar por “Peneira de Grafeno”. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 12, Vol. 13, pp. 195-207. Dezembro de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-quimica/peneira-de-grafeno

RESUMO

A osmose reversa é um procedimento de afastamento de substâncias pelo elemento de uma membrana, que detém o soluto como na dessalinização do mar. Utilizaremos a melhor membrana para o teste, que será o grafeno. Criando uma liga de materiais, contendo uma combinação de enorme resistência, com o grafeno substancial e com deformabilidade e alta ductilidade, com enorme limite elástico e baixa densidade, o que representa um desafio em testes por liga de grafeno, como peneiras revestidas com membrana, para filtragem das águas salinas do mar. Essas propriedades são altamente necessárias para formação de películas com membranas, que aplicamos nas peneiras de grafeno. O processo de dessalinização da água é a retirada do sal da água dos mares e dos aquíferos subterrâneos, com salinidade em níveis máximos materializando-os por processos físico-químicos. O estudo fundamental deste artigo na gestão de inovações, que são os resultados de prospecção tecnológica que estimulam a estruturação dos sistemas de inovação de osmose reversa, com base para melhoria da capacidade de prever ações futuras em diversos setores industriais utilizando o grafeno como base essencial em estudos prospectivos. Evoluindo em abordagens organizacionais do desenvolvimento da tecnologia e ciência, ajudando nas tomadas de decisões das organizações responsáveis pelo descobrimento do grafeno para uso industrial envolvendo osmose reversa e para obtenção de água potável para consumo industrial e humano necessário para a prosperidade e evolução dos seres humanos e a industrialização mundial.

Palavras-Chave: Osmose reversa, dessalinização, alta resistência, litografia, carbono pirolítico.

INTRODUÇÃO

De acordo com as novas técnicas e tecnologias como o processo de dessalinização da água, no século XX no Brasil como precursor dos processos de afastamento do sal da água, a partir anos 1970 começou o processo de destilação solar e a partir de 1987, apostou-se na osmose reversa para dessalinizar a água do mar (KALOGIROU, 2005).

Afirma Kalogirou (2005), que a escassez de água doce no mundo vem preocupando a humanidade, devido à água ser vital para a sobrevivência de todos os seres vivos do mundo, sendo responsável por diversos ciclos de renovação do planeta, sendo um dos recursos mais abundantes da Terra, com a maior parte da disponibilidade em 97% água salgada e 3% de água doce, estão distribuídos nos polos em forma de gelo, águas subterrâneas, rios e lagos em forma de água líquida. Do total dessa água doce, 70% estão congelados em geleiras, outros 30% estão em águas subterrâneas profundas de complexa elevação, sendo que 0,25% se encontram em rios e lagos.

Segundo a UNESCO (2003), o Relatório da Organização Mundial de Saúde, aproximadamente 768 milhões de pessoas sem acesso à água tratada, em um estudo publicado estima-se que as modificações climáticas serão culpadas por volta de 20% do acréscimo da escassez mundial de água, até 2050 teremos dois a sete bilhões de pessoas que padecerão com escassez de água.

Percebe-se a obrigação de procurar novas fontes de água, sendo que a dessalinização nasce como alternativa devido à alta disponibilidade de água salobra e salina no mundo (OMS/UNICEF, 2013).

De acordo com BULUSWAR et al. (2014), em seu teste sobre os 50 principais desafios enfrentados pelo homem, apontou-se que o principal deles é ampliar um novo método de dessalinização de larga escala, de menor custo e que aproveite as energias renováveis.

Os progressos tecnológicos aceitaram a ampliação de diversos artifícios para dessalinização de água, sendo os fundamentais processos empregados separação da osmose reversa em destilação por multiestágios flash e destilação por múltiplos efeitos, destacam-se a eletrodiálise, aplicando-se a dessalinização de águas com baixa salinidade (COMPAIN, 2011).

Como a dessalinização, o emprego para aquisição de água potável em diversos países ao redor do mundo tem sido altamente aceito e bem-sucedido (KHAWAJI; KUTUBKHANAH; WIE, 2008).

Afirma-se o Programa Água Doce: Documento Base (2012), que no Brasil, os princípios de dessalinização instalados se empregam na região do semiárido, por causa de longos períodos de seca aliado a maior abundância de reservatórios subterrâneos de água salobra existente.

O máximo programa de dessalinização vigente no país é o Programa Água Doce (PAD), sendo a finalidade de o programa fixar dessalinizadores em áreas do semiárido, em poços tubulares sobrepujando água salobra ou salina para serem reaproveitados como fonte de abastecimento.

1. DESSALINIZAÇÃO POR OSMOSE REVERSA NA OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL A PARTIR DA ÁGUA DO MAR POR “PENEIRA DE GRAFENO”

De acordo com Andrade (2019), para retirar o sal da água, devemos planejar e estabelecer uma satisfatória usina de dessalinização do país, com inovações tecnológicas que são estudadas no Brasil e nos países do exterior, diminuindo o valor do processo, os estados brasileiros mais punidos pela falta de chuva e escassez hídrica, está se preparando para receber a construção desse projeto gigantesco na usina de dessalinização de água marinha do país. O projeto iniciado partirá do sistema de abastecimento da capital e dos municípios da região metropolitana, que tem uma mancha urbana enorme, onde vivem mais de quatro milhões de pessoas.

Pelos estudos técnicos, operacionais, ambientais e econômicos que estão sendo reutilizados para a preparação da concorrência pública foram realizados e por um consórcio de sustentabilidade da companhia de água e esgoto do estado, a construção de uma planta, prevista para iniciar a operar em 2022, uma parceria público-privada, sujeitos a projetações que serão resolvidas (ANDRADE, 2019).

Segundo Andrade (2019), a usina será projetada para produzir um metro cúbico de água por segundo (o equivalente a mil litros) – as cidades consomem oito metros cúbicos por segundo e traremos um aumento de 12% na oferta de água para a região, o satisfatório para fornecer cerca de 720 mil pessoas.

O valor considerado do projeto será aproximadamente R$ 480 milhões de reais e a empresa vitoriosa adotará a edificação e com a liberação de operação por 30 anos, o estado que implantar o projeto vai fixar aproximadamente um valor máximo em litro de água dessalinizada.

O ganhador da licitação será quem proporcionar a melhor e baixa tarifa, o valor médio praticado pela companhia de água e esgoto que tratar um metro cúbico de água doce será em torno de R$ 3 mil reais, e o custo médio da água dessalinizada em volta do mundo inicia em US$ 2 mil dólares (cerca de R$ 8 mil reais) o metro cúbico, estando submissas ao processo usado, e as expectativas são de que a nova usina absorva o sal da água marinha por meio do processo de osmose reversa, conquanto a definição final caiba ao ganhador da licitação, pelo método de dessalinização mais em conta usado no mundo.

Em nosso projeto implantado existe uma bomba de alta pressão que impulsiona a água a passar por membranas poliméricas com furos minúsculos, que retêm os sais, sendo assim o gasto energético desse processo chega a quatro quilowatts-hora, por metro cúbico de água purificada.

Figura 1: Planta de uma usina de dessalinização por osmose reversa situada em Barcelona, na Espanha

Fonte: ANDRADE, 2019.

Afirma Andrade (2019), que a tecnologia simula 84% do total de usinas de dessalinização em todo o mundo, durante o ano 600 milhões de metros cúbicos de água do mar são modificados em potável no país que já implanta o projeto de dessalinização por osmose reversa empregando peneira com membrana de grafeno, e acatando as precisões de pessoas em 6,5 milhões quase perto de 75% da população existente, contendo quase 15,9 mil projetos implantados de dessalinização que se depara em operação no mundo, com aptidão para purificação de 95 milhões de metros cúbicos de água por dia, a maior usina do mundo, com produção de um milhão de metros cúbicos de água utilizados por dia (11,5 metros cúbicos por segundo), aplicando a técnica mais comum a dessalinização térmica, assim, a água salgada é guardada em tanques aquecidos e quando evapora, acumula-se na parte elevada do reservatório e ao condensar-se se transforma em água pura, sem sais. Uma das dificuldades da dessalinização térmica é o elevado processo de energia, aproximando-se de 15 kWh/m³ sendo fundamental fonte de energia térmica empregada no processo de combustíveis fósseis, como o gás e o petróleo.

Segundo Andrade (2019), o custo da dessalinização térmica é em torno de três vezes mais que a técnica de osmose reversa, aproximando-se de US$ 6 dólares por metros cúbicos de água tratada. Alguns países analisam novos sistemas de dessalinização muito mais hábeis e econômicos, porque o altivo gasto de energia é o fundamental empecilho para adotarem uma planta em alta escala da dessalinização, principalmente em países em desenvolvimento, e uma dos novos estudos de tecnologias é a deionização capacitiva, sendo um processo eletroquímico que detém os íons da água ao passar entre dois eletrodos aparelhados de carbono eletricamente carregados, sendo assim, a deionização capacitiva continue em ampliação, mas tem se apontado propícia, no caso da dessalinização de águas salobras, é bem mais em conta do que a osmose reversa. As simulações atomísticas realizadas em larga escala, revelam que essa combinação de propriedades mecânicas benéficas, é possibilitada pela deformação do local e por fragmentos de grafeno, enrolados em um nanômetro, dentro da microestrutura de carbono pirolítico, e as interações entre os fragmentos vizinhos contendo a presença de ligações carbono-carbono covalentes para a filtração da água do mar. A osmose reversa consiste na abertura de água na acepção inversa ao da osmose, e a água percorre uma solução mais ajuntada para uma menos ajuntada. A osmose reversa mediante aplicação de uma pressão máxima consiste em uma pressão osmótica natural, e as membranas semipermeáveis podem deixar uma abertura no solvente (água pura), detendo os solutos existentes.

De acordo com Andrade (2019), as vantagens desse preceito é que, ao adverso da osmose reserva as pressões abrangidas não é cogente para a operação do equipamento, implicando-se um arrefecimento do processo energético e dos custos, com isso o governo designa o centro de análise para o âmbito da instituição que irá medir a função de dessalinizadores empregados no país. A entidade é uma das integrações de pesquisa do Ministério da Tecnologia, Ciências, Inovações e Comunicações, sendo as invenções do instituto de dessalinização do país, aplicadas 35 metas prioritárias pela administração federal nos elementares 100 dias de governo.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Com objetivo de um núcleo de estudos conveniado a laboratórios de definidas universidades, implantando no Brasil é só avaliar o grau de amadurecimento tecnológico dos dessalinizadores em operação e dos equipamentos que ainda permanece em desenvolvimento, realizando por meio de avaliações de eficácia dos aparelhos e da avaliação da qualidade da dessalinização, o gasto de energia, custo de manutenção, entre outros parâmetros de operações, pelos processos de dessalinização: conhecem-se as principais técnicas existentes e os métodos em desenvolvimento na figura abaixo:

Figura 2: Construção de um processo de dessalinização de osmose reversa; Dessalinização térmica e desionização capacitiva e óxido de grafeno

Fonte: ANDRADE, 2019.

Segundo Andrade (2019), no Brasil desenvolve-se um método de deionização capacitiva a alicerce de carvões ativados com poros nanométrico com a tática que vem recebendo destaque que é a utilização de membranas perpetradas de óxido de grafeno, diferenciadas como lâminas de carbono com o espesso atômico, em princípios de osmose reversa. O conceito adquirido é utilizar uma peneira para extrair o sal da água marítima ou salobra, como achada em poços perfurados no meio árido brasileiro, entende-se que seu emprego diminua em até 50% o consumo frenético para bombardear a água pelos filtros, e o atrito quando se força a abertura da água salina por membranas de grafeno em checagem com as habituais de polímero, cogitamos na concepção de membranas nanoestruturadas de grafeno para dessalinizar água salobra, diminuindo o custo, outra vantagem dessa metodologia é que os filtros de grafeno não necessitam de limpeza com a mesma assiduidade dos filtros de membranas de osmose reversa, e o grafeno também é isento aos efeitos do cloro, utilizado durante o procedimento de limpeza reduzindo o ajustamento estrutural das membranas poliméricas, sendo substituídas constantemente.

A dessalinização no Brasil nas indústrias de dessalinização deverá ser a maior implantada até então, mas não a primeira, a atuar no Brasil, existe um projeto pequeno de quase duas décadas que trabalha como um princípio de dessalinização capaz de produzir por volta de 720 m³ de água por dia, com uma produção que responde por 40% da pendência hídrica estabelecida no Brasil, sendo que o remanescente vem da água das chuvas, em comunidades do semiárido brasileiro contam com a água de suprimento a partir de dessalinizadores para tornar a água salobra alcançada de poços artesianos adaptados ao consumo humano, empregando a osmose reversa (ANDRADE, 2019).

Figura 3: Irrigação de plantação com rejeito do processo de dessalinização

Fonte: ANDRADE, 2019.

A classificação e a acomodação desses aparelhos vêm sendo improvisadas desde 1990 por vários estabelecimentos. Desde 2011, o governo federal expandiu um método que ofereceu por base em cuidados técnicos, sociais e ambientais dispondo-se uma maior sustentabilidade no funcionamento dos projetos de dessalinização. Sendo inseridos 605 dessalinizadores, e beneficiando 240 mil pessoas aproximadamente, em 174 municípios. A dessalinização de acordo com o ministério do desenvolvimento regional originou em média o preço para o alojamento de dessalinizadores no semiárido do estado do nordeste brasileiro será de R$ 278 mil por projeto. Cada um produz quatro metros cúbicos por dia, fornecendo água para 400 pessoas (ANDRADE, 2019).

Vários sistemas acomodados no semiárido estão descuidados por falta de verba das prefeituras para manutenção necessária, a manutenção engloba principalmente a troca e a limpeza das membranas que absorvem os sais, cuja vida útil equivale de cinco a nove anos. “Sem a manutenção de limpeza adequada, a resistência do sistema se reduz”, o valor anual de manutenção gira na faixa de R$ 18 mil reais por limpeza das membranas (PROGRAMA ÁGUA DOCE, 2012).

Segundo o Programa Água Doce (2012), a coordenação do programa situado nas regiões que inserirem o projeto. As membranas utilizadas no Brasil são iguais ao mesmo material utilizado em dessalinizadores de outros países, o que muda é a contagem de energia exigida pelo projeto e o tipo de membrana utilizada no processo. A concentração de sais na água do mar é altamente elevada, bem mais que nos poços do semiárido, exigindo maior gasto de energia, e muito mais membranas para dessalgá-la, em relação a cada litro de água do mar contém aproximadamente mais de 30 mil miligramas de sal, e a água dos poços no semiárido representa uma concentração em torno de cinco mil miligramas de sal por litro de água, podendo atingir 18 mil reais em miligrama. A estimativa considerada e apropriada para o consumo será em torno de 250 e 500 miligramas por litro, e a cada dois mil litros de água salobra que caem no dessalinizador produzindo mil litros de água potável e os outros mil litros de água muito salgada será o rejeito, o rejeito é uma dos motivos pertinentes à dessalinização no país, e as usinas que acionam água do mar, o rejeito é devolvido ao oceano e as que já estão em operação no semiárido, o descarte indevido pode afetar a qualidade do solo, virando-o improdutivo. Para resolver este problema encontrado, implantamos tanques para contenção do rejeito, desenvolvendo estratégias aplicadas para o reuso desse rejeito na criação de tilápia e irrigação de mudas de naturezas vegetais da caatinga, como a erva-sal com o nome técnico Atriplex nummularia, utilizada como alimento para animais caprinos e ovinos.

Os órgãos contratados para a gestão dos dessalinizadores não abraçam ou não indicam os operadores do projeto a executar as marcações mensais ou anuais de reposições de peças e as concludentes despesas efetivamente efetivadas em cada projeto, o que ocasiona ineficiências na manutenção técnica, impossibilidade de melhor análise de desempenho do projeto, oferta descontínua de água, mal-estar das famílias, e a não existência da boa prática de gestão dos recursos hídricos (CAMPOS, 2007).

A estipulação de um custo unitário, em vários municípios, não se compõe em uma prática uniforme abraçada pelos órgãos gestores. Em um determinado município, constatar a cobrança de tarifas distintas em comunidades desiguais. Em contraposição, exageros de município que não são cobrados tarifa e essa água tem que ser paga pelo uso de água dessalinizada.

O processo efetivo de água dessalinizada não abraça a metade do que os aparelhos são capazes de fabricar, averiguamos que os problemas de oferta causados pelos seguintes fatores: os obstáculos impostos pelas “autoridades gestoras” como a aumento de água disponível por família é no máximo 40 litros/dia, e a menor produção (processamento) de água acarretada por escassas horas de funcionamento, varia de 3 a 4 horas por dia, e ao alto tempo de paralisação de certos projetos, originando na maioria das vezes, por pequenas deformidades (CAMPOS, 2007).

Segundo Campos (2007), a análise de viabilidade econômica apresenta que o aparelho de dessalinização do tipo I e o tipo II, nas atuais categorias de uso não viável ao se analisar no cálculo dos ganhos e o consumo essencial das famílias, ou melhor, o gasto desenvolvido. Na verdade, os dois são viáveis quando se considera a fabricação potencial ou o gasto desenvolvido por quantidade de famílias que podem ser abastecidas com água por cada projeto. Os outros projetos são todos viáveis, à observação do projeto pelo dessalinizador é uma vazão de 800 litros por hora, que não é viável apenas quando se considera o consumo efetivo e a tarifa de R$ 4,70/m³, sendo viáveis nas próximas simulações. O valor do m³ da água dessalinizada, para os aparelhos com vazões, é superior a 800 litros por hora, estabelecendo dentro dos padrões admissíveis de cobrança vigente junto às comunidades estudadas. Vale salientar que essa água é derivada de açude, contaminada de impurezas e coliformes fecais, sem ganhar qualquer forma de tratamento para ser distribuída, é menor de idade qualidade, sendo esporádica, pois está sujeito de várias iniciativas do governo estadual.

O dessalinizador abastece água de qualidade muito elevado, em padrão análogo ao da água mineral distribuída por muitas empresas de empreendimento privada no Brasil, aconselham-se outros estudos para fins de verificação dos melhoramentos que são conferidos ao uso da tarifa menor de R$ 4,70 por metro cúbico de água dessalinizada, como o baixo índice de mortalidade infantil, reduzindo as internações hospitalares de infecções por diarreia, de exames laboratoriais, de consumo de remédios, e dos índices de hipertensos, harmonizando uma melhora em pessoas que padecem de problemas renais.

A escassez de água comum na região, pertinente à oportunidade preciosa de ter água de alta qualidade, também convém para disciplinar as pessoas a cometer uso racional desse recurso, impedindo os desperdícios. Uma das dificuldades ambientais mais baratas envolve a presença de contaminantes orgânicos sintéticos em águas de superfície e subterrâneas situadas próximas a campos agrícolas. A circunvizinhança de mananciais de fornecimento a estas áreas têm fornecido para a dispersão de altas cargas de compostos orgânicos necessitados de fatores naturais como infiltração e escoamento superficial (CAMPOS, 2007).

3. CONCLUSÃO

A membrana de nanofiltração como a membrana de osmose inversa revelou-se eficiente para retirada de carbofurano, e as remoções máximas de 98,4 e 99,7%, são alterações das eficiências de retirada que aconteceram especialmente em desempenho das matrizes de água empregadas durante os testes. A membrana foi concretizada na remoção do carbofurano, adequando um máximo fluxo de permeado, de acordo com os diferenciais observados nas caracterizações das membranas na nanofiltração e de osmose reversa, o papel das mesmas como à retirada do carbofurano foi análoga, como a hidrofobicidade da membrana de nanofiltração, com máxima capacidade de difusão que a membrana de osmose reversa, assemelhar-se ter sido crucial para que o carbofurano seja rejeitado na mesma proporção. Almejamos excitar o intercâmbio da ciência sobre dessalinização entre pesquisadores do mundo, com o domínio dessa tecnologia estratégica em vários países, com abundância de água, como no Brasil. Este projeto tem por desígnio alcançar uma revisão dos basais estudos sobre dessalinização desenvolvidos no país, realizando uma avaliação das capitais litorâneas que poderão enfrentar uma situação de escassez de água nos próximos anos.

REFERÊNCIAS

ANDRADE, R; de O. Tecnologia de Engenharia Hídrica. FAPESP: Ver. de pesq. São Paulo. São Paulo – SP: Maio, 2019.

BULUSWAR; S.; MEHTA; Z. F. P.; MITRA; S.; SATHRE; R. Avanços tecnológicos científicos críticos necessários para o desenvolvimento global sustentável. Editor: Urvashi J. Kumar, 2014.

CAMPOS, R. T. Avaliação de benefício e custo de sistemas de dessalinização de água em comunidades rurais cearenses. vol. 45, 4º ed., Pag. 963 à 984, Rio de Janeiro – RJ, 2007.

COMPAIN, P. Energia solar para dessalinização de água. Engenharia Procedia. vol.46. Ed.1. 2011. Pag. 220 à 227, França: Elsevier, 2012.

KALOGIROU S. A. Dessalinização da água do mar utilizando fontes de energia renováveis. Nicósia, Chipre: Elsevier – Progresso em Energia e Ciência da Combustão. vol.31, pag 242 à 281. 2005.

KHAWAJI A. D.; KUTUBKHANAH I. K .; WIE J. Avança nas tecnologias de dessalinização da água do mar. Grecian: Elsevier Dessalinization, v.221, p.47 a 69, 2008.

OMS / UNICEF. Progresso em Saneamento e Água Potável: Atualização de 2013. Nova York, Programa Conjunto de Monitoramento da OMS / UNICEF para o Abastecimento de Água e Saneamento, 2013.

PROGRAMA ÁGUA DOCE: Documento Base 2012. Brasília, 2012. Disponível em: Acesso em: em setembro de 2016 em 23 janeiro de 2017.

UNESCO; O relatório de desenvolvimento da Água Mundial das Nações Unidas. Publicação da UNESCO. Berghahn Books, 2003.

[1] Pós Engenharia da qualidade com Ênfase em Gestão; Pós Engenharia de Produção e Gerenciamento de Projetos; MBA em Gestão Ambiental, Graduação Licenciatura Plena em Matemática; Graduação Licenciatura Plena em Química; Graduação Engenharia Química e Graduação Ciências Contábeis.

Enviado: Agosto, 2020.

Aprovado: Dezembro, 2020.

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