A evaporação é uma tecnologia muito antiga usada no tratamento de águas residuais, mas muitas vezes foi descartada devido aos custos operacionais. No entanto, as coisas estão mudando. Com a conscientização ambiental que levou leis mais rigorosas de proteção ambiental elevou o custo sobre a captação e descarte de água, a preocupação em evitar o derramamento de efluente de difícil descontaminação em cursos de água e, juntamente com os avanços tecnológicos dos últimos anos para reduzir o custo operacional da tecnologia de evaporação, está tornando esta tecnologia como uma solução alternativa cada vez mais atraente.
A terceirização da gestão de resíduos líquidos por empresas especializadas envolve incineração ou tratamento químico complexo, o que está associado a um custo elevado. A evaporação torna-se uma alternativa mais econômica e ecológica que reduz o volume de efluentes em até 90%, o que significa uma economia significativa nos custos operacionais, que pode ser entre 25 e 30%. Além disso, a evaporação permite recuperar o destilado para sua reutilização, com a consequente economia na conta de água e, em alguns casos, a recuperação de matérias-primas como API, desinfetantes, proteínas ou glicóis.
Em resumo, a evaporação da água consiste em converter a água em vapor usando o calor para superar o calor latente da evaporação. Em seguida, o vapor condensa e duas correntes são produzidas: por um lado, o destilado, que é de alta qualidade e adequado para reutilização e, por outro, o concentrado, que pode ser um décimo do volume original tratado. Portanto, a fatura do custo de gestão externa pode ser reduzida em até 90%. Para calcular o OPEX do equipamento, devem ser adicionados os custos elétricos, de manutenção e limpeza do evaporador. Conforme indicado anteriormente, o cálculo geral pode levar a uma economia de 25 a 30% dos custos operacionais.
Para que esse processo de evaporação funcione, a água deve atingir seu ponto de ebulição, ou seja, 100°C à pressão atmosférica. Esta temperatura pode degradar muitos ingredientes farmacêuticos e cosméticos. Os evaporadores de bomba de calor de última geração operam sob vácuo, o que significa que o ponto de ebulição está em torno de 30-40°C, permitindo a recuperação no concentrado de matérias-primas sensíveis ao calor. Esses evaporadores usam um ciclo de refrigeração acionado por compressor para extrair o calor latente do vapor de água, que o condensa e depois o transfere para o líquido para evaporá-lo. Essa é uma maneira altamente eficiente de recuperar o calor latente e significa que é necessário muito pouco calor adicional para o processo. Qualquer calor adicional necessário pode ser fornecido por um aquecedor elétrico interno ou por um suprimento externo de água quente. O resultado é um processo que utiliza cerca de 0,15-0,18 kWh por litro de destilado.
Além dos evaporadores da bomba de calor, podemos encontrar evaporadores com fornecimento de água quente/fria e evaporadores de recompressão mecânica de vapor:
Evaporação por água quente/fria: esses evaporadores precisam de um suprimento de água quente/fria em circulação forçada e trocador de calor de feixes de tubos externos à câmara de ebulição. O calor necessário para ferver a água a ser tratada provém da água quente que circula pelo trocador de calor, enquanto a condensação do vapor é alcançada graças à água fria que circula pelo trocador de calor que se encontra acima da câmara de ebulição. Esses evaporadores são projetados para trabalhar à baixa temperatura no tratamento de efluentes com alto teor de sólidos dissolvidos, com produção mínima de incrustação.
Evaporação a vácuo por compressão mecânica de vapor: tenta recuperar o calor latente de condensação do destilado como fonte de aquecimento do líquido a evaporar. A temperatura do vapor gerado na evaporação é aumentada pela compressão do próprio vapor. Dessa forma, o vapor superaquecido pode ser reciclado por meio de um trocador do próprio evaporador, atingindo um objetivo duplo: economizar e energia para evaporação e evitar o uso do meio de resfriamento para condensação (torres de resfriamento, etc.) A evaporação por compressão mecânica de vapor é o sistema de evaporação que utiliza corrente elétrica de maior eficiência energética.
UM ESTUDO DE CASO NA INDÚSTRIA COSMÉTICA
Para entender melhor a diferença entre duas formas de evaporação, tratemos do caso real de uma multinacional italiana do setor de cosméticos, fabricante de produtos para o cabelo. A fábrica, que trabalha 24 horas por dia durante seis dias por semana, produz 36 ton/dia de resíduo líquido, com uma DQO superior a 30.000 mg/l.
Essa indústria tratou originalmente este resíduo líquido com um biorreator de membrana (MBR) que produziu um efluente de alta qualidade. Esse efluente foi então enviado para uma planta de osmose reversa para sua recuperação. A quantidade de lodo produzido pelo MBR foi de aproximadamente 500 kg/dia.
Os objetivos globais de sustentabilidade da empresa estabeleceram a necessidade de reduzir o consumo de água e matérias-primas, o que levou a empresa a encontrar uma solução que também reduzisse o volume de lodo.
Inicialmente, eles instalaram um pequeno evaporador de bomba de calor para concentrar o efluente de alta densidade. Isso foi tão bem-sucedido que eles decidiram ver que outra tecnologia de evaporação poderia ser implementada.
Após uma auditoria no local e a caracterização do eflluente, os engenheiros da Veolia Water Technologies desenvolveram um esquema que utiliza dois estágios de evaporação. O primeiro estágio usa um evaporador de recompressão mecânica de vapor para tratar 30 ton/dia de resíduo líquido diluído, que produz 27 ton/dia de destilado e 3 ton/dia de concentrado. Esse concentrado é misturado com outros 6 ton/dia de resíduos do processo e enviado para um segundo evaporador raspador que usa água quente e fria do ciclo combinado da planta. Esse segundo evaporador produz 7,5 ton/dia adicionais de destilado e reduz o concentrado para apenas 1,5 ton/dia, que é enviado ao gerenciamento externo para incineração.
CONCLUSÕES
A evaporação é uma tecnologia que traz benefícios ambientais e econômicos, pois permite reduzir os custos de gerenciamento externo e a captação hídrica, graças à reutilização da água e à recuperação de produtos valiosos, o que torna essa tecnologia uma solução econômica mesmo para pequenas instalações da indústria cosmética e farmacêutica.
Os evaporadores EVALED™ da Veolia Water Technologies são o resultado de mais de 4 décadas de experiência em evaporação e têm mais de 3.000 instalações em todo o mundo. O EVALED™ consiste em três faixas de equipamentos de evaporação: EVALED™ PC: Evaporadores a vácuo por bomba de calor; EVALED™ AC: Evaporadores a vácuo com água quente/fria; e EVALED™ RV: Evaporadores de recompressão mecânica de vapor.