Durante uma fase de design preliminar de uma nova estação de tratamento de água, várias tecnologias de tratamento são avaliadas para determinar o melhor conjunto de processos para alcançar os objetivos desejados de qualidade da água tratada. A escolha do conjunto de processos é baseada na qualidade da água bruta, juntamente com outros fatores técnicos e financeiros específicos do local. Para fontes de água absorvidas, a filtração é um elemento essencial do conjunto de processos de tratamento. A filtração é geralmente realizada por filtros de mídia granular ou sistemas de membranas de baixa pressão.
Sistemas de membranas têm vantagens na qualidade da água permeada e na ocupação do espaço em comparação com a filtração convencional por meio granular. No entanto, os sistemas de membranas vêm em várias configurações, mas são principalmente reconhecidos na indústria como pressurizados ou submersos. Ambos oferecem os mesmos benefícios de qualidade do efluente, mas variam em custos de capital, operações e de espaço, dependendo das especificidades da planta.
Fatores críticos específicos de um local que devem ser reconhecidos durante a fase de projeto preliminar incluem qualidade da água bruta, demanda por água tratada, variações sazonais, localização, infraestrutura existente, custos do terreno e custos associados de materiais e mão de obra. Essas considerações podem exigir um esforço substancial para identificar corretamente o melhor conjunto de processos de tratamento e tecnologias.
Uma ferramenta de análise de comparação de ciclo de vida (LCAT) da Veolia Water Technologies e Solutions foi utilizada para comparar os custos de ciclo de vida do tratamento de água superficial usando filtração por mídia granular (GMF) com membranas de ultrafiltração (UF) submersas e pressurizadas. A comparação de custos considera diferentes capacidades de água tratada e categorias de qualidade de água bruta. A modelagem considera também a necessidade de remoção de Cryptosporidium de acordo com as regulamentações concluídas.
A modelagem envolveu o desenvolvimento de processos unitários, curvas de custo e ocupação de espaço, integração de parâmetros de custo da UF fornecidos por uma empresa, além do conhecimento de custos operacionais para cada processo unitário. A ferramenta inclui várias configurações de tratamento com base na capacidade da planta, qualidade da água de alimentação e tecnologia de filtração.
As curvas de custo e ocupação de espaço foram usadas para estimar os custos de cada processo unitário no tratamento. Custos de membranas foram fornecidos por uma empresa para cada cenário de tratamento. Custos de operação e manutenção incluem custos diretos (energia, produtos químicos, mão de obra) e custos indiretos (substituição de membranas, manutenção). Todos os custos foram normalizados para localização e tempo.
Uma análise realizada por meio da ferramenta de análise de comparação de ciclo de vida (LCAT) revelou resultados experimentados quanto à comparação de custos entre diversas tecnologias de tratamento de água. Especificamente, ao considerarmos uma instalação de 25 mgd tratando água com carga moderadamente sólida, observando que as opções de tratamento com membranas submersas (ZeeWeed* 1000) apresentam custos de capital inferiores em relação à filtração por mídia granular (GMF), enquanto as alternativas de membranas pressurizadas (ZeeWeed* 1500) e membranas submersas com fibra reforçada ZeeWeed* 500) exibem custos mais elevados.
Esses insights ilustram a importância de considerar tanto os custos de capital quanto as demandas de espaço ao selecionar a tecnologia de tratamento mais adequada para atender aos objetivos de qualidade da água e às necessidades do local. A ferramenta de análise de comparação de ciclo de vida LCAT comprovada será uma valiosa ao permitir uma análise rápida e abrangente das diferentes opções, capacitando os engenheiros e tomadores de decisão a tomarem escolhas mais embasadas desde as fases iniciais do projeto.
Foram feitas várias suposições simplificadoras no desenvolvimento do modelo, incluindo condições de construção, topografia do local, materiais de construção e outros fatores.
QUALIDADE DA ÁGUA
Ao considerar a qualidade da água de entrada e os requisitos de qualidade para a água tratada, fica claro que a seleção do processo de tratamento é de extrema importância. As membranas de ultrafiltração se destacam por produzirem efluentes de alta qualidade, independentemente das características da água de entrada. A complexidade dos tratamentos preliminares e regimes de limpeza é influenciada pela qualidade da água de entrada, moldando assim a robustez de um sistema de membranas. Nos cenários com baixa e moderada concentração de sólidos na água de entrada, a suposição de que os tratamentos preliminares não são necessários antes das membranas simplificar o processo de tratamento, economizando espaço e atendendo os custos de capital.
A avaliação das áreas ocupadas pelas instalações e dos clientes para uma planta de 10 mgd em três níveis distintos de qualidade de água de entrada, conforme apresentado nas Figuras 8-11, fornece insights valiosos. Os resultados ressaltaram a eficácia das opções com membranas. Quando se trata de custos de capital e valor presentes líquidos, a opção submersa ZeeWeed* 1000 se mostra superior para águas com baixa e moderada concentração de sólidos. Em cenários com alta concentração de sólidos, a opção submersa ZeeWeed* 1000 e GMF são comparáveis em termos de custos. A eficácia espacial do sistema ZeeWeed* 1000 também é evidente, com seu tamanho ocupando metade do espaço necessário para o sistema convencional.
CAPACIDADE DA PLANTA
Ao avaliar os custos e a ocupação de espaço em uma variedade de recursos de planta, foram desenvolvidas curvas para indicar os tamanhos ideais de planta onde as tecnologias de membrana competem com a filtração convencional. Essas curvas estão desenvolvidas nas Figuras 12-15. As curvas de custo de capital e valor presente líquido são mostradas nas Figuras 13 e 15, respectivamente. Ao avaliar os resultados da ferramenta com base na capacidade da planta, podem ser observados os seguintes pontos:
Os custos de capital e os custos do ciclo de vida entre a UF submersa e a GMF são essencialmente iguais em todas as capacidades de planta (Figura 13).
Os custos operacionais para a membrana da Ultrafiltração (UF) submersa são comparáveis às opções de GMF, sendo apenas de 1% a 8% maiores em todas as capacidades de planta (Figura 14).
Em plantas de capacidade menor, a opção de Ultrafiltração (UF) pressurizada é competitiva. Acima de cerca de , os custos de capital e ciclo de vida para a Ultrafiltração (UF) pressurizada se tornam mais caros do que outras opções (Figura 13).
O produto de Ultrafiltração (UF) submersa tolerado tem um custo um pouco maior em comparação com o produto não reforçado avaliado.
A instalação convencional exige 50% mais espaço ocupado em (Figura 12). Isso terá um impacto nos custos de aquisição de terra para o projeto, que não está contabilizado no modelo
Diretrizes Gerais e Regras Práticas:
A ferramenta de análise de comparação de ciclo de vida (LCAT) da Veolia Water Technologies e Solutions permitiu a geração de tabelas de diretrizes gerais encontradas nas Tabelas 1-3. Essas recomendações fornecem orientações sobre quais tecnologias devem ser consideradas na avaliação. No entanto, uma avaliação mais detalhada requer uma compreensão mais profunda das regulamentações, qualidade desejada do efluente, hidráulica, custos de terreno, infraestruturas existentes, custos locais de mão de obra e energia, bem como outros fatores específicos do local.
CONCLUSÃO:
Tradicionalmente, os sistemas de membranas para o tratamento de águas incorporadas têm sido considerados mais caros do que a filtração convencional. No entanto, uma avaliação da ferramenta de análise de comparação de ciclo de vida (LCAT) da Veolia Water Technologies e Solutions mostrou que os custos de filtração por membrana são comparáveis aos do tratamento convencional. O tamanho da planta, os custos do terreno/construção e a qualidade da água de entrada determinam quais tecnologias de UF devem ser consideradas nas fases iniciais do design para obter a melhor tecnologia e valor para o cliente.
Conforme a qualidade da água de entrada varia, os requisitos de pré-tratamento também variam e as vantagens/desvantagens das diferentes tecnologias. Essas variações impactam os custos de capital e operações, além da ocupação de espaço. Em todos os cenários de qualidade da água, a tecnologia de UF é representada à GMF em termos de preço, enquanto a vantagem em ocupação de espaço varia de 0% a 40%. A maior vantagem são em situações com qualidade de água de entrada baixa e moderada. Essa economia de espaço pode ser significativa, dependendo dos custos do terreno e construção.
Com base nos resultados da ferramenta, conclui-se:
– Em plantas de 5 a 50 mgd, a tecnologia de tratamento por membrana submersa é praticamente equivalente em termos de custos ao tratamento convencional, tornando-se a escolha clara entre . Isso sem considerar os custos de terreno ou o impacto positivo nos processos subsequentes devido à maior qualidade do efluente das membranas.
– As opções de membrana submersa têm uma clara vantagem em ocupação de espaço, aumentando de cerca de 30% em para mais de 60% em 5 .
– Em torno de 7 mgd ou menos, a tecnologia de membrana pressurizada se torna competitiva em relação às opções de membrana submersa e GMF.
O desenvolvimento dessa ferramenta permitiu a avaliação de diferentes tecnologias de tratamento abrangendo diversas qualidades de água de entrada e recursos de planta. Análises adicionais abaixo de estão sendo consideradas. Além disso, os avanços recentes nas tecnologias de membrana estão proporcionando uma redução adicional nos custos de capital e ocupação de espaço, o que contribuirá para reduzir ainda mais os custos do ciclo de vida. Ressaltando que a importância de considerar todas as variáveis relevantes ao selecionar a tecnologia de tratamento ideal para atender aos requisitos do projeto.
Fonte: AMTA (American Membrane Tecnology Association)
(*) Marca registrada Veolia. Registrada em um o mais regiões.
