Dessalinização de água do mar

A principal disponibilidade hídrica do planeta é de água do mar, com aproximadamente 97% do total. No entanto, apenas a água doce é recomendada para a maior parte dos usos e principalmente para o abastecimento humano. Para ser considerada doce, de acordo com o Conselho Nacional do Meio Ambiente, a água deve ter concentração de sais igual ou inferior a 0,5‰ e para ser salina, deve ter concentração igual ou superior a 30‰. A condição intermediária caracteriza a água como salobra [1]. 

Paralelo a isso, no mundo, cerca de 633 milhões de pessoas não têm acesso a um dos recursos essenciais à vida humana: água potável [2]. Esse fato, muitas vezes, está associado ao déficit hídrico de água doce superficial, a qual é mais facilmente extraída. 

Assim, em lugares onde não há oferta suficiente de água doce para atender às demandas da população, uma das alternativas utilizadas é a dessalinização das águas salinas e salobras, tornando-as adequadas para o consumo. Além da água marinha, a prática também é utilizada para águas subterrâneas com elevadas concentrações de sais, bastante encontradas no Semiárido brasileiro.

UTILIZAÇÃO AO REDOR DO MUNDO

Segundo a International Desalination Association (IDA) [3], a dessalinização de água é praticada em 150 países, sendo 19.744 usinas instaladas ao redor do mundo e mais de 99,7 milhões de metros cúbicos de água gerada por dia, atendendo mais de 300 milhões de pessoas. Essa tecnologia encontra pleno uso em países como Arábia Saudita, Emirados Árabes Unidos, Estados Unidos, Austrália, Espanha e Singapura. No Brasil, a dessalinização é aplicada em Fernando de Noronha, para tratamento de água do mar, mas também encontra aplicações em municípios do Semiárido, para adequação de água subterrânea, através do Programa Água Doce.

O Oriente Médio e o Norte da África são as regiões com maior escassez hídrica do planeta, com 17 países abaixo da linha da escassez de água [4]. Por depender de fontes não convencionais de abastecimento de água, a região aporta mais da metade da capacidade de dessalinização do mundo. Apesar disso, a água dessalinizada contribui com apenas 1,8% do abastecimento de água dos países Árabes, sendo estimado que em 2025 esse número passe para 8,5% da oferta de água na região [5]. 

No Brasil, a ilha de Fernando de Noronha, pertencente ao estado brasileiro de Pernambuco, deve grande parte do seu abastecimento de água ao sistema de dessalinização de água do mar. À princípio, a população dependia unicamente da água do açude Xaréu e de dois poços tubulares de pequena vazão; com isso, apresentava grande vulnerabilidade em períodos de estiagem, necessitando de complemento emergencial de água potável trazida através de embarcações da Marinha. Em 1999, foi implantado o primeiro sistema de dessalinização de água do mar na ilha e, desde então, este vem sendo incrementado para que haja aumento da vazão produzida [6].

Com o objetivo de promover acesso à água de qualidade para consumo humano em comunidades rurais difusas do Semiárido brasileiro, foi lançado em 2004 o Programa Água Doce, o qual prevê a incorporação de cuidados técnicos, ambientais e sociais na implantação, recuperação e gestão de sistemas de dessalinização de águas salobras e salinas. São 540 sistemas de dessalinização funcionando, cerca de 216 mil pessoas atendidas e 1,7 mil técnicos estaduais e operadores capacitados. Objetiva-se ainda atingir o número de 1.200 sistemas atendendo à 480 mil pessoas [7].

SISTEMAS DE DESSALINIZAÇÃO

Antes da sua aplicação contemporânea para o abastecimento de água em centros urbanos e comunidades rurais, os processos de dessalinização eram implementados de maneira rudimentar em viagens marítimas desde a Antiguidade Clássica. Contudo, somente no final do século XIX e no início do século XX encontraram aplicação na indústria, na agricultura e no abastecimento humano [8].

Fonte: Birkett, 2017.

Técnicas de destilação solar vêm sendo usadas há mais de 200 anos para potabilização de água salina ou salobra. Apesar de promover uma produção baixa – média de 4 a 5 L m-2 com intensidade de radiação solar adequada -, atua como uma importante tecnologia social de fácil replicabilidade e baixo custo de construção. Consiste em um tanque raso com cobertura de vidro, de modo que a radiação solar atravesse este material e aqueça a água promovendo a sua evaporação. Quando o vapor sobe, livre de sais e outras impurezas, ele encontra a cobertura de vidro e condensa. Em seguida, é conduzido por calhas em direção a tanque de armazenamento de água potável [9]. 

Fonte: Silva et al. (2014).

Além dessa, diversas tecnologias de dessalinização são utilizadas atualmente, em diferentes escalas. Tais alternativas podem ser classificadas de determinadas maneiras; é comum, contudo, separar as tecnologias de destilação de acordo com a energia utilizada no processo. A maioria dos processos utiliza energia térmica ou mecânica, dos quais três compõem 95% das usinas de dessalinização do mundo: destilação flash multi-estágios (MSF), destilação multi-efeitos (MED) e osmose reversa (OR) [10].

Destes processos, a MSF e a MED enquadram-se como processos térmicos (ou evaporativos), enquanto a OR classifica-se como processo mecânico. Considerando sua ampla aceitação, maior atenção será dada ao longo do texto ao método de osmose reversa. Em uma usina de dessalinização de grande porte, o procedimento geralmente possui três etapas: o pré-tratamento, a dessalinização e o pós-tratamento, de modo que a intensidade da primeira e da última etapa dependerão do processo de dessalinização adotado [10].

De modo geral, os métodos de dessalinização seguem um procedimento básico: a água salina e/ou salobra é captada e admitida ao interior do equipamento; energia (térmica, elétrica, mecânica ou fotovoltaica) é aplicada sobre a água admitida, separando parte da água de seus sais dissolvidos; dois volumes de água são produzidos, o dessalinizado, com concentração de sais significativamente reduzida, e o concentrado, cuja proporção de sais é maior [11].

Osmose Reversa 

Por definição, a osmose é um processo de transferência de solventes através de uma membrana semipermeável a fim de equilibrar as concentrações de determinado soluto entre duas soluções. Esse fluxo ocorre do meio hipotônico para o meio hipertônico e é equilibrado pela pressão osmótica. Essa pressão depende das concentrações de soluto e da temperatura em que o solvente se encontra. A osmose reversa ou inversa, portanto, é a aplicação de uma pressão suficiente para vencer a pressão osmótica e reverter o fluxo. Desse modo, nos sistemas de dessalinização, obtém-se o permeado: a água dessalinizada [12].

Um dos tipos de módulos de membrana utilizados é o módulo tubular (ver figura abaixo). Nesse módulo, a água passa pelo interior de membranas tubulares, enquanto o permeado atravessa a superfície porosa destas membranas para ser coletado.

Fonte: Chen et al. (2011).

No processo de dessalinização por osmose reversa, a membrana é o componente fundamental. Diversos tipos existem no mercado, cujas categorias se diferenciam de acordo com o tamanho das partículas que são retidas na membrana [13]. No caso das membranas de OR, as menores partículas retidas nelas são íons monovalentes (Na+, Cl-, Li+), mas também são capazes de reter microrganismos, incluindo patógenos. Em geral, estas membranas são compostas por materiais poliméricos, como poliamidas, poliésteres e poliacrilatos [14].

Em uma usina convencional de dessalinização por osmose reversa, uma das características fundamentais que a diferencia dos outros processos é a exigência de um pré-tratamento mais robusto. Esse requerimento advém da sensibilidade da membrana utilizada, que a torna mais suscetível a danos permanentes – processo conhecido como fouling [15]. O pré-tratamento adequado dependerá da qualidade da água a ser tratada, de modo que águas salobras permitem um pré-tratamento mais simplificado do que águas salinas.

O desenvolvimento e a implementação de inovações relacionadas à dessalinização por OR levaram à ampla adoção desse método nas usinas de dessalinização ao redor do mundo, sendo responsável por cerca de 65% de toda a capacidade instalada [10]. Visto que essa tecnologia não depende de energia térmica para a operação, sua eficiência energética é consideravelmente maior do que os métodos térmicos, com um consumo em torno de 8 a 15 kWh.m-3 de água dessalinizada. Caso a água a ser tratada seja salobra, o consumo de energia elétrica reduz-se ainda mais, possivelmente alcançando valores entre 1,5 e 2,5 kWh.m-3 [16].

VANTAGENS E DESVANTAGENS

A principal vantagem da dessalinização é a redução da vulnerabilidade para se obter água potável em locais secos, onde seus mananciais de água doce não atendem à demanda de consumo da região. Adicionalmente, essa obtenção de água pode promover o desenvolvimento socioeconômico da localidade e reduzir a ocorrência de doenças de veiculação hídrica. No entanto, essa tecnologia apresenta algumas desvantagens:

  • Custo do sistema é relativamente alto;
  • Alto custo com energia elétrica;
  • Impactos na biodiversidade marinha devido às altas salinidade e temperatura (esta apenas para os processos térmicos) do rejeito da dessalinização, que comumente é lançado de volta no oceano [17];
  • A presença de coagulantes no rejeito de dessalinização pode afetar a fotossíntese, comprometendo o ecossistema [17];
  • O uso de combustíveis fósseis nos processos térmicos de dessalinização resulta na produção de 76 milhões de toneladas de CO2 por ano [16];
  • A instalação de um sistema de dessalinização pode ocasionar transtornos para a comunidade local, provocando descontentamento do público especialmente durante a construção [17];
  • A utilização do cloro para prevenir o fouling causado por microrganismos pode resultar em rejeitos com considerável concentração de compostos clorados, afetando a qualidade da água lançada sobre o meio [18].

Assim, as tecnologias de dessalinização tornam-se uma alternativa cada vez mais viável para a obtenção de água, especialmente em regiões de baixa disponibilidade hídrica. Ainda que a dessalinização já encontre uso em 150 países em todos os continentes habitados, estudos mostram que ainda é necessário equilibrar as vantagens e desvantagens apresentadas pelas técnicas de dessalinização – especialmente a destinação final do rejeito de concentrado salino e seu impacto no ambiente!  

Para ler mais!

[1] BRASIL. Portaria de Consolidação n° 5, de 28 de setembro 2017. Consolidação das normas sobre as ações e os serviços de saúde do Sistema Único de Saúde. Brasília, 2017.

[2] INSTITUTO TRATA BRASIL. Água – Trata Brasil. 2019. Disponível em: http://www.tratabrasil.org.br/saneamento/principais-estatisticas/no-mundo/agua. Acesso em: 19 abr. 2019.

[3] INTERNATIONAL DESALINATION ASSOCIATION – IDA. Desalination by the Numbers. Disponível em: https://idadesal.org/. Acesso em: 21 abr. 2019.

[4] SCOTT, K. Can the Middle East solve its water problem? Disponível em: https://www.cnn.com/2018/07/11/middleeast/middle-east-water/index.html. Acesso em: 21 abr. 2019.

[5] REGIONAL PROCESS COMMISSION. Regional Report Arab Region, 2018.

[6] SANEAR. Fernando de Noronha: Compesa implanta o maior sistema de dessalinização do Brasil. n. Ano V, no 16, p. 52, 2011.

[7] BRASIL. Programa Água Doce. 2019. Disponível em: http://www.mma.gov.br/mma-em-numeros/programa-agua-doce. Acesso em: 23 abr. 2019.

[8] BIRKETT, J. The Origins of Today’s Desalination Technologies. In: BAZARGAN, A. (Ed.). A multidisciplinary introduction to desalination. Dinamarca: River Publishers, 2017.

[9] SILVA, M. C. C. et al. Water purification by direct solar distillation process in isolated households.Acta Scientiarum. Technology. Maringá, v. 36, n.1, p. 75-80, Jan.-Mar., , 2014.

[10] BAZARGAN, A.; SALGADO, B. Fundamentals of Desalination Technology. In: BAZARGAN, A. (Ed.). A multidisciplinary introduction to desalination. Dinamarca: River Publishers, 2017.

[11] CAMPOS JR., J. J. F. DE. Dessalinização Solar Via Sistema Multifásico. 2009. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/296483633_Dessalinizacao_Solar_Via_Sistema_Multifasico. Acesso em: 21 abr. 2019.

[12] CHEN, J. P. et al. Desalination of Seawater by Reverse Osmosis. In: Membrane and Desalination Technology. Handbook of environmental engineering. New York, NY: Humana Press, 2011. v. 13.

[13] SAMPAIO, C. M. DOS S. Dessalinização da água através de painéis solares fotovoltaicos. Portugal: Universidade de Aveiro, 2016.

[14] WANG, L. K. et al. (EDS.). Membrane and desalination technologies. New York, NY: Humana Press, 2011. v. 13

[15] LIYANAARACHCHI, S. et al. Problems in seawater industrial desalination processes and potential sustainable solutions: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, v. 13, n. 2, p. 203–214, 1 jun. 2014.

[16] SHAHZAD, M. W. et al. Energy-water-environment nexus underpinning future desalination sustainability. Desalination, v. 413, p. 52–64, 1 jul. 2017.

[17] GUDE, V. G. Desalination and sustainability – An appraisal and current perspective. Water Research, v. 89, p. 87–106, 1 fev. 2016.

[18] DAWOUD, M. A.; MULLA, M. M. A. Environmental Impacts of Seawater Desalination: Arabian Gulf Case Study. International Journal of Environment and Sustainability, v. 1, n. 3, 2012.

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