Osmose direta (FO)

npj Clean Water volume 4, Número do artigo: 51 (2021) Citar este artigo

4478 acessos

7 Citações

57 Altmétrica

Detalhes das métricas

Atualmente, a dessalinização é limitada pelo alto consumo de energia e altos custos operacionais e de manutenção. Neste estudo, é sugerido um novo conceito de processo de dessalinização infinita baseado em osmose direta de fibra oca (HFFO) com impactos ambientais menores (consumo de energia livre e sem pré-tratamento ou descarga de salmoura). Para avaliar o conceito, um HFFO em escala de elemento foi conduzido nos modos FO convencional e FO assistido por pressão, simulando uma operação HFFO submersa. No teste HFFO, os impactos de diversas condições operacionais no desempenho do HFFO foram investigados para selecionar o melhor caso. Com base nesses resultados, os custos de energia foram calculados e comparados com os de um processo de osmose reversa (SWRO) híbrido FO-água do mar. O HFFO apresentou uma alta taxa de diluição da solução de extração (até aproximadamente 400%), permitindo que o processo SWRO a jusante operasse a 25 bar com a mesma produção de volume de permeado (taxa de recuperação de 60%). Consequentemente, o processo de dessalinização infinita baseado em HFFO tem uma receita anual de energia de 183,83 milhões de dólares, em comparação com um processo RO autônomo de dois estágios baseado em uma planta de 100.000 m3/dia.

Como os processos de dessalinização baseados em membrana não sofrem uma mudança de fase, eles ganharam atenção como técnicas econômicas em comparação com a dessalinização baseada em térmica e requerem uma pegada relativamente pequena1,2. Esses métodos produzem água de alta qualidade de forma consistente e as taxas de produção são facilmente ajustáveis. No entanto, a incrustação da membrana e o alto uso de produtos químicos e custos operacionais permanecem como questões críticas3,4. Dos processos de dessalinização baseados em membrana atualmente disponíveis, o processo de osmose reversa (RO) é um processo autônomo e sua participação no mercado de dessalinização de água do mar está aumentando rapidamente. No entanto, o consumo de energia no processo de osmose reversa da água do mar (SWRO) continua a ser uma limitação2,5.

O custo atual de energia do processo SWRO é muito menor do que o dos processos de dessalinização de base térmica (15,5 kWh/m3 para flash multiestágio (MSF) e 7,5 kWh/m3 para destilação multiefeito (MED)). Apesar da aplicação da tecnologia de design de estágio interno e do desenvolvimento de um dispositivo de recuperação de energia, o SWRO continua a ser um processo de uso intensivo de energia (2,2–3,5 kWh/m3)6,7 em comparação com os processos convencionais de tratamento de água, como o tratamento de águas residuais à base de membrana (0,29–0,43 kWh/m3) e tratamento de água à base de ozônio (0,041–0,073 kWh/m3)8,9. Portanto, a dessalinização baseada em SWRO atingiu o limite teórico e prático, e é hora de desenvolver ou enxertar o processo para reduzir ainda mais o consumo de energia10,11. A limitação de energia deve ser superada por meio de soluções técnicas adicionais, como captação de energia, diluição da água do mar e redução irreversível10,12. Esse alto uso de energia durante a dessalinização causa preocupações ambientais, como a poluição do ar e o calor associado ao resfriamento da água usando a produção de energia a partir de combustíveis fósseis2,4. Vários estudos foram realizados para solucionar a questão energética no processo SWRO10,13,14. Outros processos de membrana, como osmose direta (FO)15, destilação por membrana (MD)16 e nanofiltração (NF)6, foram combinados, e a água do mar foi direta ou indiretamente misturada com outros recursos hídricos disponíveis para reduzir o custo de energia de o processo SWRO. O processo SWRO também foi hibridizado com processos de produção de energia, incluindo osmose retardada por pressão (PRO)17, eletrodiálise reversa (RED)18 e célula de combustível microbiana (MFC)19, para compensar o alto consumo de energia.

Outra desvantagem da dessalinização baseada em SWRO é a produção de salmoura de alta salinidade, que contém substâncias corrosivas, produtos químicos residuais de pré-tratamento e pós-tratamento, metais iônicos e pesados ​​e sais prejudiciais ao meio ambiente quando descarregados diretamente no mar5,20. A salmoura também pode influenciar diretamente a eutrofização e a flutuação do pH em um ecossistema marinho. Vários estudos têm sugerido soluções para reduzir os impactos da salmoura. Primeiro, a tecnologia de descarga de líquido zero (ZLD) que recupera 100% da água e recicla recursos úteis na salmoura foi aplicada para minimizar a descarga de salmoura (emissário)21. Neste caso, alguns processos emergentes de pós-tratamento foram aplicados, incluindo FO, PRO, MD, MED e um evaporador ôhmico, para tratar água de alta salinidade, reduzir a concentração de salmoura e maximizar a eficiência da precipitação química (recuperando recursos valiosos) 22,23,24. No entanto, a tecnologia ZLD é muito cara para ser usada em uma usina de dessalinização em grande escala25.