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Investigação

Atividade Conjunta de Investigação

Com base nos antecedentes dos seus parceiros TOP e nos objectivos do Sol2H2O para o melhoramento do “Widening”, a Atividade de Investigação Conjunta (JRA) visa a conceção e construção, na “Widening” RI, de um piloto inovador de WP&WT movido a energia solar. Um esquema híbrido original alimentado por energia solar é aqui proposto para garantir a sustentabilidade do processo global, levando à maximização da água doce e aproximando-se da descarga líquida zero (ZLD), uma vez que nenhuma salmoura será rejeitada.

 

O objetivo deste projeto-piloto é ultrapassar as taxas de recuperação de SoA: >80% (SoA ca. 50%). A cadeia de tratamento, ilustrada na Figura 1, consiste em: (i) Painel fotovoltaico (PV) e Osmose Inversa (RO), (ii) Reator de Fluxo de Plug de Alimentação Múltipla (MF-PFR), (iii) Destilação por Membrana (MD) e (iv) dois tanques solares. A água do mar é enviada para a unidade RO alimentada pela energia elétrica produzida pelos painéis fotovoltaicos e produz dois fluxos: um permeado (água de alta qualidade para fins industriais e potáveis) e um retentado (ou seja, a salmoura) enriquecido em todos os iões presentes na água do mar. O retentado é enviado para a unidade MF-PFR para a recuperação seletiva de magnésio e para a remoção de cálcio sob a forma de hidróxidos. A recuperação/remoção do magnésio e do cálcio é efetuada por uma precipitação química fraccionada com adição de um reagente alcalino, como uma solução aquosa de hidróxido de sódio. A dupla etapa de recuperação seletiva é realizada através do controlo preciso do pH da reação, uma vez que é necessário um valor de pH de 10,4 para a precipitação completa do hidróxido de magnésio com elevada pureza e um pH superior a 13 para a remoção completa do cálcio. A recuperação do hidróxido de magnésio com elevado grau de pureza é considerada um produto de maior valor acrescentado, contribuindo para a rentabilização da cadeia de tratamento.

 

A capacidade da unidade piloto MF-PFR é de cerca de 1 m3/dia de salmoura tratada. Posteriormente, o efluente produzido pelo MF-PFR é enviado para a unidade MD, que produz dois fluxos diferentes, um é um destilado e o outro é um retentado, cuja concentração pode atingir cerca de 250.000 ppm. Esta salmoura altamente concentrada que sai do MD é enviada para um primeiro tanque solar (Tanque Solar 1) produzindo NaCl de grau alimentar (pureza superior a 97%) e uma salmoura restante empobrecida em NaCl. A salmoura restante é enviada para o último tanque (tanque solar 2) para evaporação completa da água, precipitando uma mistura de sais de cloreto e sulfato, que pode ser utilizada para fins de degelo. Graças à utilização das duas bacias solares, toda a cadeia de tratamento cumpre o conceito de Descarga Líquida Zero, uma vez que não são produzidos quaisquer efluentes que depois seriam libertados para o ambiente. Além disso, e com base no reator de fotocatálise solar existente “Widening” RI, serão testadas novas melhorias em conceitos abertos de foto-reactores. A JRA serve de “banco de ensaio” para a aplicação das medidas de apoio previstas no projeto Sol2H2O.

Cadeia de tratamento para produzir água de alta qualidade e valorização da salmoura (conceito de Zero Liquid Discharge)

Tarefas

Produção de Água a partir de energia solar e soluções de descarga líquida zero

Liderada pelo ITC, esta tarefa tem como objetivo desenvolver o know-how de base para o desenvolvimento subsequente de investigação de ponta nos domínios da produção de água com base na energia solar e da descarga de líquido zero para alcançar uma cadeia de tratamento integrada e sustentável da água do mar para a produção de água doce e de matérias-primas. Através do fornecimento de calor e energia solar como fonte de energia para a produção de água, a tecnologia centra-se em – Dessalinização por Osmose Inversa (PV-RO) alimentada por energia fotovoltaica; – Destilação por Membranas com Intervalo de Ar Aumentado por Vácuo para a produção de água doce a partir de salmouras e o seu acoplamento com energia solar térmica em condições dinâmicas; – Processos de tratamento de salmouras para a recuperação de matérias-primas e Descarga Líquida Zero (por exemplo, cristalização reativa para a recuperação de hidróxidos de magnésio e cálcio, e evaporação solar para a produção de cloreto de sódio); e engloba uma avaliação técnico-económica destas abordagens tecnológicas, relatada em D2.1. Esta tarefa é a base do desenvolvimento de 1 tese de doutoramento prevista na Infraestrutura de Teses de Doutoramento pretendida.

Tratamento de águas residuais por energia solar

Liderada pelo CIEMAT, esta tarefa centrar-se-á na conceção e construção de novos conceitos de fotorreatores solares para diferentes aplicações, águas residuais industriais e urbanas e desinfeção para fins de reutilização (principalmente em atividades agrícolas). As duas principais linhas de investigação que serão abordadas em coordenação com o parceiro “Widening” são – Melhoria e otimização dos fotorreatores, como o diâmetro do tubo absorsor do Coletor Parabólico Composto (CPC) ou o mecanismo de agitação nos reatores de tipo Raceway Pond Reactor (RPR), para melhor se adaptarem ao processo de oxidação avançada (POA) a aplicar, às características brutas das águas residuais a tratar e à qualidade da água exigida em função dos fins de reutilização final; – Combinação com sistemas fotovoltaicos para fornecimento de energia renovável às partes elétricas dos fotorreatores solares. Esta tarefa contribuirá para parte de 1 Tese de Doutoramento.

Infraestrutura de investigação distribuída

Tendo em vista o consequente desenvolvimento de atividades e serviços de I&D remotos no âmbito do “Widening” RI, esta tarefa implica a conceção, instalação e colocação em funcionamento de um servidor de dados para monitorização, processamento e acesso remoto a dados experimentais. Englobando a monitorização dos diferentes parâmetros em monitorização nos diferentes ativos da instalação, este sistema de servidor assegurará o processamento e backup de dados, aplicando a gestão de dados de investigação FAIR (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable), proporcionando a devida segurança dos dados (incluindo a recuperação de dados), assim implementada no âmbito de um Plano de Gestão de Dados. Isto permitirá o controlo total sobre os dados da infraestrutura (na política de gestão integrada de ativos da Divisão de TI da UEvora), as suas interfaces de partilha, minimizando os custos de curadoria e armazenamento/preservação. Para a comunicação com este servidor, todos os ativos existentes serão adaptados de forma a garantir a transmissão segura e fiável de dados sobre o seu estado, alarmes, funcionamento e desempenho, etc. O desenvolvimento desta tarefa é relatado no Deliverable D2.2 (design e comissionamento).