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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Hugo Mitsuo Sakamoto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Kulay, Luiz Alexandre (Presidente)
Bueno, Rodrigo de Freitas
Igari, Alexandre Toshiro
Título em português
Análise de ecoeficiência de rota processual para recuperação de água em planta petroquímica.
Palavras-chave em português
Ciclo de vida (Avaliação)
Descarga zero de líquidos
Ecoeficiência
Reúso de água
Resumo em português
Este trabalho apresenta uma análise de ecoeficiência de cinco cenários de reúso de água a partir do efluente de uma unidade petroquímica para atendimento parcial da demanda de uma torre de resfriamento, dentro da perspectiva de Descarga Zero de Líquidos. O processo-base foi constituído de membranas de osmose reversa, evaporador e cristalizador, e cada cenário foi modelado para um pré-tratamento diferente, abrangendo adição de anti-incrustante, dessupersaturação de íons de bário e coprecipitação de sais de baixa solubilidade para aumento de recuperação de água na osmose. A análise de ecoeficiência foi dividida em duas partes, sendo a primeira uma Avaliação de Ciclo de Vida atribucional com enfoque 'berço-ao-portão' para avaliação do desempenho ambiental e energético de cada cenário, onde as categorias avaliadas foram: Aquecimento Global, Demanda de Energia Primária, Consumo de Água e Ecotoxicidade de Água Doce. A segunda parte correspondeu a uma análise econômica da instalação e operação da unidade de tratamento e reúso para um horizonte temporal de 9,5 anos. Por conta do pré-tratamento, foi possível aumentar a recuperação de água na osmose de 84% para mais de 94%. As simulações realizadas sobre o sistema de tratamento chegaram em uma recuperação de água de até 99,9% com o efluente do processo apresentando fração de sólidos de até 18,2%, isto é, em um regime muito próximo ao de Descarga Zero. A análise ambiental-energética apresentou forte influência da energia elétrica, consumida sobretudo nas etapas térmicas do tratamento. Além disso, os compostos derivados de cloro usados no pré-tratamento também acrescentaram cargas ambientais significativas. A análise econômica, por sua vez, mostrou que, para o tempo de vida da unidade, os custos de operação têm maior influência no custo total, sendo que a eletricidade consumida nos processos também é responsável pela maior parcela dos gastos. A água de reúso apresentou custo variando entre R$ 3,94/m3 e R$ 6,57/m3, valores estes considerados elevados para a condição brasileira. Na análise unificada de ecoeficiência, houve empate em dois cenários, um com melhor desempenho ambiental-energético e outro com menor custo, sendo que este último foi projetado tendo em vista a redução das cargas ambientais presentes nos demais cenários, mostrando que é possível obter ganhos de rendimento do processo levando-se em conta a variável ambiental.
Título em inglês
Eco-efficiency analysis for water recovery in a petrochemical plant.
Palavras-chave em inglês
Eco-efficiency
Life cycle assessment
Water reuse
Zero liquid discharge
Resumo em inglês
This work presents an eco-efficiency analysis of five water reuse scenarios in which a petrochemical plant effluent is used to resupply partially the water demand of a cooling tower in a Zero Liquid Discharge perspective. The baseline process was consisted of reverse osmosis membranes, evaporator and crystallizer and each different scenario was modelled for a different pre-treatment, comprising anti-scalant, barium ions desupersaturation and coprecipitation of low-solubility salts for increase water recovery in reverse osmosis. The eco-efficiency analysis was divided in two parts. The first one was composed by an attributional 'cradle-to-gate' Life Cycle Assessment for the evaluation of environmental and energy performance for Global Warming, Primary Energy Demand, Water Consumption and Freshwater Ecotoxicity impacts. The second part was an economic analysis of the investment and operation costs of the water reuse equipment during a 9.5-years timespan. Because of the pre-treatment, the water recovery in reverse osmosis raised from 84% up to 94%. According to the simulations, it would be possible to reach a water recovery rate of 99.9% and a process effluent with a maximum of 18.2% in solids, i.e., achieving a near Zero Liquid Discharge. The environmental-energy analysis showed strong influences of electric energy consumption, mainly in thermal processes. Furthermore, chemical products used in pre-treatment which are derived from chlorine added some significant environmental burdens. The economic analysis presented major influences of the operating costs on the total treatment plant costs, mostly influenced by energy consumption. The reuse water costs were estimated to be between R$ 3.94/m3 and R$ 6.57/m3, which are excessively high values for the Brazilian situation. The eco-efficiency unified analysis showed similar general results for two scenarios, one with better enviromental-energy performance and the other one with lower costs. This last scenario was projected regarding environmental burdens reduction observed in all other scenarios, from which it can be concluded that it is possible to obtain higher process yields if environmental issues are considered.
 
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Data de Publicação
2019-07-25
 
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