Valorização e destinação final dos resíduos produzidos na dessalinização de água por membrana de osmose inversa

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2022.

A aplicação de dessalinização por membranas filtrantes tem como problemática a geração de um resíduo do processo, com alta concentração de sais (concentrado). Esse resíduo é um poluente ambiental, principalmente quando a dessalinização é executada longe do mar. É responsável pela salinização da água de rios e dos solos e consequente diminuição da produtividade do solo, limitando o crescimento de plantas. Nesse contexto, esta pesquisa teve como objetivo o estudo da valorização do concentrado da dessalinização através do sistema aquapônico, e o estudo da valorização do sal do concentrado da osmose inversa e do sal do efluente do sistema aquapônico. Foi dessalinizada a água de estudo (água salobra) gerando o concentrado, que parte foi usado para a operação do sistema piloto aquapônico experimental no cultivo de Litopenaeus vannamei (conhecido como camarão-branco-do-pacífico) e de espinafre-da-nova-zelândia (Tetragonia tetragonioides) em bioflocos microbianos, e a outra parte foi evaporada e gerado o sal, assim, também o efluente aquapônico foi evaporado e produzido o sal. O peso médio inicial dos camarões era de 1,5 g e a densidade de estocagem utilizada no cultivo foi de 250 camarões m-3 . O experimento decorreu por 74 dias, e o peso final foi de 14,57 g e a sobrevivência de 18%. A baixa sobrevivência pode ser devido à alta concentração de nitrito na água do cultivo 11,75 mg/L, que pode ser tóxico aos camarões, e também pelo balaço iônico do sistema que não estava próxima da água do mar. Por isso, recomenda-se iniciar o experimento quando o biofloco do sistema estiver em estágio quimioautotrófico, com o processo de nitrificação estabelecido ou trabalhar com salinidade maior. O experimento do espinafre decorreu por 49 dias com biomassa inicial de 29,38 g e final de 519,41 g. Foi observado déficit de ferro nas folhas de espinafre, recomenda-se a adição deste no sistema. Na produção dos sais observou-se que quando eram destilados geravam em média 9,93 g/L e 7,20 g/L de sal do efluente do sistema aquapônico e do concentrado, respectivamente. Os sais produzidos foram analisados e avaliados as suas possibilidades de uso como sal de cozinha, sal para a salinização de águas de criação de peixes, sal como ingrediente de misturas comerciais para bovinos, e como produto final \"in natura\" também para bovinos. Nos sais não foram detectados os microrganismos patogênicos analisados, que foram: bactérias E. coli., Salmonella, colifagos somáticos PhiX e RNA Fespecífico MS2. Quanto as análises físico-químicas realizadas: umidade, resíduos insolúveis, cálcio, magnésio e sulfato, todas estavam fora dos limites esperados de acordo com o decreto 75.697, de 6 de maio de 1975, que dispõe de padrões de qualidade para o sal destinado ao consumo humano, e o decreto n° 80.583, de 20 de outubro de 1977, que estabelece padrões de identidade e qualidade para o sal destinado ao consumo animal. Existe a possibilidade da valorização dos sais caso seja feita a lavagem na sua produção. Os resultados obtidos poderão incentivar a aplicação de uma tecnologia simples e social. Assim, a partir da valorização dos resíduos produzidos na dessalinização de água por membranas de osmose inversa, diminuindo o seu impacto inerente à deposição destes na natureza.

Abstract: The process of desalination through filtering membranes leads to the issue of generating a residue with a high concentration of salts (concentrate). This residue is an environmental pollutant, especially when desalination is carried out far away from the sea. It is responsible for the salinization of water in rivers, soils and a decrease in soil productivity, limiting plant growth. In this context, the objective of the present research was to study the valorization of desalination concentrate through an aquaponic system, and the study of the valorization of the salt from the reverse osmosis concentrate and the salt from the effluent of the aquaponic system. The study water (brackish water) was desalted, generating the concentrate, which part was used for the operation of the experimental aquaponic pilot system in the cultivation of Litopenaeus vannamei (known as Pacific white shrimp) and New Zealand spinach (Tetragonia tetragonioides) in microbial bioflocs, and the other part was evaporated, generating salt, thus, also the aquaponic effluent was evaporated, producing salt. The initial average weight of the shrimp was 1.5 g and the stocking density used in the culture was 250 m-3. The experiment was carried out for 74 days, resulting in a final weight of 14.57 g and a survival rate of 18%. The low survival may be due to the high concentration of nitrite in the culture water 11.75 mg/L, which can be toxic to shrimp, and also due to the ionic balance of the system that was not close to seawater. Therefore, it is recommended to start the experiment when the biofloc system is in the chemoautotrophic stage, with the nitrification process established, or work with higher salinity. The spinach experiment was carried out for 49 days, with an initial biomass of 29.38 g and a final biomass of 519.41 g. Iron deficiency was observed in the spinach leaves, thus, adding iron into the system is recommended. In the production of salts, it was observed that when they were distilled, they generated an average of 9.93 g/L and 7.20 g/L of salt from the effluent of the aquaponic system and from the concentrate, respectively. The salts produced were analyzed and evaluated their possibilities of use as table salt, salt for salinization of fish farming waters, salt as an ingredient of commercial mixtures for cattle, and as a final product \"in natura\" also for cattle. The analyzed pathogenic microorganisms were not detected in the salts, which were: E. coli bacteria, Salmonella, PhiX somatic coliphages and F-specific RNA MS2. As for the physical-chemical analyzes carried out: moisture, insoluble residues, calcium, magnesium and sulfate, all were outside the expected limits according to decree 75,697, of May 6, 1975, which has quality standards for salt destined for human consumption, and Decree 80,583, of October 20, 1977, which establishes identity and quality standards for salt intended for animal consumption. There is the possibility of the recovery of salts if washing is carried out in its production. The results obtained could encourage the use of technology that is simple to apply and brings benefits to the community. Thus, the valorization of the waste produced in the desalination of water by reverse osmosis membranes reduces its inherent impact on the deposition of these in natural environments.