Tecnologia de tratamento de águas residuais com elevada concentração de sal

Efluentes com alta salinidade e alta concentração, devido às suas elevadas concentrações de sal e poluentes, são difíceis de tratar e tornaram-se um problema complexo na área da proteção ambiental industrial. A tecnologia de tratamento desses efluentes exige a sinergia de múltiplos processos para formar uma solução sistêmica. Com o desenvolvimento industrial e as exigências ambientais cada vez mais rigorosas, o tratamento de efluentes com alta salinidade não está apenas relacionado ao descarte adequado pelas empresas, mas também está intimamente ligado à reciclagem de recursos e ao desenvolvimento sustentável. Este artigo abordará o sistema de tecnologia de tratamento, as aplicações atuais e as perspectivas futuras.

1. Pré-tratamento: Estabelecendo as bases, resolvendo problemas iniciais

O pré-tratamento é uma etapa crucial para garantir a operação estável dos processos subsequentes. Primeiramente, métodos físicos, como peneiras e tanques de sedimentação, removem sólidos suspensos de grande porte e matéria flutuante, prevenindo o entupimento dos equipamentos. Em seguida, a tecnologia de coagulação e sedimentação, por meio da adição de floculantes (como cloreto de polialumínio e poliacrilamida), promove a coagulação e sedimentação de partículas coloidais e sólidos suspensos de pequeno tamanho, reduzindo significativamente a turbidez do efluente. Para problemas de alta dureza, métodos de precipitação química (como o processo de cal-soda) removem eficazmente os íons de cálcio e magnésio, prevenindo a incrustação de membranas ou evaporadores. Em termos de remoção de matéria orgânica, tecnologias avançadas de oxidação, como a oxidação de Fenton (que utiliza Fe²⁺ e H₂O₂ para gerar radicais hidroxila altamente oxidantes), podem degradar eficientemente a matéria orgânica recalcitrante e melhorar a biodegradabilidade do efluente. Para águas residuais com concentração de sal ≤5% e alguma biodegradabilidade, o pré-tratamento microbiano tolerante ao sal (como biorreatores de bactérias halofílicas) é uma opção economicamente viável, pois decompõe a matéria orgânica por meio do metabolismo microbiano, mas requer um controle rigoroso das flutuações da concentração de sal e da carga de entrada. Além disso, as tecnologias de flotação por ar dissolvido (FAD) podem remover ainda mais a gordura e os sólidos suspensos finos, criando condições favoráveis para os processos subsequentes.

2. Dessalinização Essencial: Diversas Tecnologias Adaptáveis a Diferentes Cenários

As principais tecnologias de dessalinização precisam ser selecionadas de forma flexível, com base nas características do efluente, na escala de tratamento e nos requisitos de custo. A tecnologia de cristalização por evaporação, como processo principal, evapora a água por meio de aquecimento, fazendo com que o sal cristalize e precipite. A evaporação de múltiplos efeitos (MEE) utiliza o vapor do efeito anterior como fonte de calor para o próximo efeito, aproveitando a energia térmica passo a passo, reduzindo significativamente o consumo de energia e sendo adequada para efluentes com grandes volumes de tratamento e composições de sal simples. A recompressão mecânica de vapor (MVR) utiliza um compressor para pressurizar e aquecer o vapor secundário gerado pela evaporação para reciclagem, consumindo apenas metade da energia da MEE. É particularmente adequada para o tratamento em larga escala de efluentes com alta concentração de sal, mas requer maior investimento em equipamentos e está sujeita a requisitos rigorosos quanto à corrosividade dos materiais. Nas tecnologias de separação por membrana, a osmose reversa (OR) utiliza alta pressão para impulsionar as moléculas de água através de uma membrana semipermeável, atingindo uma taxa de dessalinização de 95% a 99%. É adequada para pré-tratamento ou dessalinização profunda de águas residuais com concentrações de sal médias a baixas, mas em ambientes com alta concentração de sal, a membrana é propensa à incrustação e à redução do fluxo, exigindo limpeza frequente, e o concentrado necessita de tratamento adicional. A eletrodiálise (ED) utiliza um campo elétrico para impulsionar a migração de íons, apresentando boa tolerância a altas concentrações de sal e consumo de energia relativamente baixo, mas sofre com problemas de corrosão dos eletrodos e polarização por concentração. A destilação por membrana (MD) utiliza a diferença de temperatura através de uma membrana hidrofóbica para impulsionar a transferência de vapor de água, sendo capaz de tratar soluções saturadas e até mesmo águas residuais cristalizadas, mas seu baixo fluxo de membrana limita sua aplicação em larga escala. Além disso, a tecnologia de osmose direta (FO) extrai moléculas de água das águas residuais utilizando uma solução extratora de alta pressão osmótica, consumindo pouca energia, mas a regeneração da solução extratora é complexa e atualmente encontra-se principalmente em fase piloto.

3. Tratamento Profundo e Utilização de Recursos: Ciclo Fechado, Extração de Valor

O tratamento profundo e a utilização de recursos são os principais objetivos do tratamento de águas residuais com alta salinidade. Mesmo após a dessalinização, a água tratada ainda requer purificação adicional: a adsorção em carvão ativado remove traços residuais de matéria orgânica e cor, resinas de troca iônica dessalinizam profundamente e regulam a qualidade da água, e a desinfecção ultravioleta ou tecnologias avançadas de oxidação garantem a segurança microbiológica. O tratamento de concentrados é fundamental para o "descarte zero". A tecnologia de separação e cristalização de sais, por meio de uma combinação de evaporação, cristalização por resfriamento e nanofiltração/eletrodiálise, permite a separação e a utilização de sais como cloreto de sódio e sulfato de sódio. Por exemplo, águas residuais da indústria química do carvão podem ser tratadas utilizando um processo de "pré-tratamento + osmose reversa + cristalização por evaporação em meio líquido + separação de sais" para recuperar produtos de sal de grau industrial, reduzindo os custos de descarte. Além disso, águas residuais concentradas de algumas indústrias (como a farmacêutica e a química) podem conter componentes de alto valor agregado (como solventes orgânicos e metais preciosos), que podem ser recuperados por meio de tecnologias de extração, adsorção ou bioconversão para melhorar os benefícios econômicos. Os processos de tratamento geralmente requerem otimização combinada. Por exemplo, uma combinação de "coagulação-sedimentação + oxidação de Fenton + RO + MVR" pode alcançar simultaneamente a remoção de matéria orgânica, a dessalinização e a economia de energia, enquanto uma combinação de "ED + MD" pode reduzir o consumo de energia e tratar águas residuais altamente concentradas.

4. Desafios e Tendências Futuras: Avanços Tecnológicos e Transformação Verde

O tratamento de águas residuais com alta salinidade ainda enfrenta muitos desafios: o alto consumo de energia acarreta custos elevados; a incrustação das membranas e a corrosão dos equipamentos afetam a estabilidade; e a pureza insuficiente da cristalização por separação de sais limita o valor da recuperação de recursos. As futuras direções de desenvolvimento concentram-se nas seguintes áreas:

4.1. Inovação em Materiais: Desenvolvimento de materiais de membrana resistentes à incrustação e de alto fluxo (como membranas compostas de grafeno e membranas de nanofibras) para reduzir o consumo de energia e os custos de manutenção da separação por membrana; pesquisa e desenvolvimento de materiais para equipamentos de cristalização por evaporação resistentes à corrosão e com alta eficiência de transferência de calor.

4.2. Otimização do Processo: Através de modelagem matemática e inteligência artificial, controlar com precisão os parâmetros de tratamento (como temperatura, pH e vazão) para alcançar uma operação de otimização dinâmica; promover tecnologias integradas para todo o processo de "pré-tratamento-dessalinização-recuperação de recursos" para reduzir as perdas nas etapas intermediárias.

4.3. Separação de sais e aproveitamento profundo de recursos: Emprego de novas tecnologias de cristalização (como a cristalização em leito fluidizado) para melhorar a pureza dos produtos de sal e exploração de aplicações de alto valor agregado para os sais (como a preparação de materiais para baterias e agentes de derretimento de neve).

4.4 Acoplamento de Novas Energias: Utilização de energia solar, energia geotérmica e calor residual industrial para acionar sistemas de evaporação, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis; combinação da eletrólise da água para produção de hidrogênio, criando sinergia entre o tratamento de águas residuais e a produção de energia renovável.

4.5. Tecnologia de Bioaumentação: Seleção e cultivo de cepas microbianas tolerantes a altos níveis de sal e que degradam eficientemente poluentes específicos; desenvolvimento de biorreatores de biofilme e tecnologias de acoplamento eletroquímico para reduzir os custos de pré-tratamento.

5. Implicações do Estudo de Caso

Integração de Tecnologia e Prática: Tomando como exemplo o projeto de "emissão zero" de uma empresa petroquímica, o processo de "coagulação-sedimentação + oxidação catalítica por ozônio + osmose reversa + cristalização por evaporação em meio líquido + pirólise de sais mistos" trata anualmente 100.000 toneladas de águas residuais, recuperando cloreto de sódio com pureza de 99,5%. Os sais mistos são descartados de forma inofensiva por meio de pirólise, economizando mais de dez milhões de yuans em custos de descarte, o que representa uma situação vantajosa tanto para o meio ambiente quanto para a economia. Este caso demonstra que combinações de tecnologias personalizadas e a gestão completa do custo do ciclo de vida são essenciais para o tratamento bem-sucedido de águas residuais com alta salinidade.

O tratamento de águas residuais com alta concentração de sal está passando da simples adequação aos padrões de descarte para a reciclagem de recursos. A inovação tecnológica contínua e a integração multidisciplinar impulsionarão o setor a superar os obstáculos e contribuirão para a transformação verde da indústria e para o alcance das metas de "carbono duplo". No futuro, o apoio político, a cooperação entre indústria, academia e pesquisa, e o aprimoramento dos mecanismos de mercado acelerarão ainda mais a aplicação de tecnologias avançadas e construirão um novo sistema sustentável de gestão de recursos hídricos.