As plantas de dessalinização tornaram-se uma linha de vida para regiões de escarpa de água em todo o globo, transformando água do mar ou água salgada em água potável doce. No entanto, para cada litro de água doce produzida, é gerado um fluxo concentrado de sais, minerais e resíduos químicos – conhecidos como salmoura –. Historicamente, a salmoura foi vista como um fluxo de resíduos inevitável para ser descarregado de volta para o oceano ou em lagoas de evaporação. Com a capacidade global de dessalinização agora superior a 100 milhões de metros cúbicos por dia, o volume de salmoura tornou sua gestão um desafio ambiental e econômico premente. Felizmente, uma onda de estratégias inovadoras está transformando esse produto de uma responsabilidade em um recurso, permitindo uma produção de água mais sustentável ao abrir novos fluxos de receita. Este artigo explora a composição, impactos ambientais e soluções de corte de bordas para gerenciar e reutilizar a salmoura de instalações de dessalinização.

Compreender a composição da rede e os desafios ambientais

A brine não é simplesmente água salgada do mar. Durante a dessalinização, as membranas de osmose reversa (RO) ou processos de destilação térmica rejeitam sólidos dissolvidos, concentrando-os até duas a três vezes a salinidade da água de origem. A salmoura típica da água do mar tem uma concentração total de sólidos dissolvidos (TDS) de 60.000-80.000 mg/L, em comparação com a água do mar de alimentação 35,000 mg/L. Além do sódio e cloreto, a salmoura contém níveis elevados de cálcio, magnésio, potássio, sulfato e oligoelementos, como lítio, bromo e estrôncio. A composição exata depende da química da água de origem, da tecnologia de dessalinização, e do uso de produtos químicos pré-tratamento como antiescalantes e coagulantes.

A densa pluma-sala afunda-se no fundo do mar, reduzindo os níveis de oxigênio e aumentando a salinidade em habitats bentônicos. Isso pode matar leitos de pastagem, danificar recifes de coral e alterar o comportamento dos organismos marinhos. Em regiões interiores áridas, a injeção de salmoura pode contaminar aquíferos de água subterrânea, enquanto as lagoas de evaporação podem vazar e causar salinização do solo. As estacas ambientais levaram pesquisadores e operadores a buscar métodos que minimizem o volume de salmoura ou extraiam o valor de seus constituintes. Para o contexto, uma planta de dessalinização de médio porte produzindo 100.000 m3/dia de água fresca pode gerar 150 mil m3/dia de salmoura, um volume equivalente a 60 piscinas olímpicas todos os dias.

Estratégias inovadoras para a gestão da rede

A mudança de ′′disposition′′ para ′′resource recovery′′ está redefinindo a gestão da salmoura. Abaixo estão as abordagens mais promissoras, desde técnicas estabelecidas até tecnologias emergentes.

1. Diluição e descarga melhoradas

Embora a diluição simples antes da descarga do oceano continue a ser comum, os projetos modernos usam difusores projetados para atingir uma rápida mistura e reduzir a área de impacto. Os difusores multiporta instalados no fundo do mar podem acelerar a dispersão da salmoura, limitando os picos de salinidade a poucos metros da ebulição. Os modelos de dinâmica de fluidos computacional (CFD) agora otimizam a colocação do difusor e os ângulos dos bicos. No entanto, este método sozinho não reduz a carga total de sal; só reduz os efeitos locais agudos. As melhores práticas incluem o descarte durante condições de alto teor ou alta corrente e o monitoramento regular das comunidades bentônicas. Mesmo com difusores avançados, o monitoramento ecológico a longo prazo é essencial para garantir o cumprimento dos limites regulatórios, como os recomendados pela U.S. Agência de Proteção Ambiental para a qualidade da água marinha.

2. Extração mineral valiosa

O magnésio, amplamente utilizado em ligas e produtos farmacêuticos, pode ser precipitado como hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), adicionando cal ou hidróxido de sódio. O bromo, valorizado em retardantes de chama e fármacos, é extraído via cloração e desfibrilação de ar. O alvo mais atrativo economicamente é o lítio, impulsionado pela demanda crescente de carbonato de lítio em bateria. Várias empresas têm pilotado tecnologias de extração direta de lítio (DLE) usando adsorventes seletivos ou resinas de troca iônica que capturam lítio de brinas de alta salinidade, deixando outros íons intocados. Taxas de recuperação de mais de 90% foram relatadas em estudos piloto. Da mesma forma, rubidium e césio – metais raros usados em vidros especializados e eletrônicos – podem ser isolados. Uma revisão de 2020 em Desalinização[FT:1]] estimou que a recuperação mineral de uma planta de médio porte poderia gerar US$ 5-10 milhões em receita anual, offating brine dishred. For more strails on mineral returing [FL]: this strain strails [this]

3. Produção de sal via evaporação solar

Em regiões com sol abundante e terra disponível, a salmoura pode ser direcionada para uma série de lagoas de evaporação rasas. Como evaporações de água, os sais cristalizam-se em estágios: carbonato de cálcio primeiro, depois gesso e finalmente cloreto de sódio. O licor remanescente, conhecido como birtingn, é rico em magnésio, potássio e bromo e pode ser processado ainda mais. Este método já é usado em fábricas de sal de água do mar, mas a adoção para a dessalinização da salmoura requer um controle cuidadoso das impurezas dos antiescalantes. As abordagens híbridas que combinam lagoas de evaporação com compressão mecânica de vapor podem recuperar até 95% da água e produzir sal de alta pureza para aplicações industriais, como a produção de clor-alcali. A principal desvantagem é a pegada de terra grande e longos tempos de residência, mas em desertos costeiros áridos, esta pode ser uma opção viável.

4. Aquicultura e Cultivo de Halofitas

Uma abordagem emergente da economia circular utiliza salmoura diluída para cultivar organismos tolerantes ao sal. Halophytes (plantas tolerantes ao sal), como Salicórnia[ e Suadea podem ser irrigadas com salmoura diluída e colhidas para alimentos, alimentos para animais ou biocombustíveis. Da mesma forma, estirpes de microalgas como Dunaliella salina] prosperam em água de alta salinidade e produzem β-caroteno, um pigmento valioso. Sistemas integrados de aquicultura multitrófica combinam algas alimentadas com salmouras com camarão ou piscicultura: algas consomem nutrientes e fornecem oxigénio, enquanto os resíduos de peixe fertilizam as algas.

5. Descarga de Líquido Zero (ZLD) e de Líquido Mínimo (MLD)

Os sistemas ZLD visam recuperar quase toda a água da salmoura, deixando apenas um resíduo sólido seco. Estes sistemas normalmente combinam processos de membrana (por exemplo, osmose reversa, eletrodiálise reversa) com evaporadores térmicos e cristalizadores. Embora os processos de membranas com elevado consumo de energia e de capital, osmose (FO) e osmose avançada (ODM) prometem redução do consumo de energia. Por exemplo, um sistema piloto que usa um cristalizador de destilação de membranas obteve 99% de recuperação de água da salmoura enquanto produz cristais de sal vendáveis. A descarga líquida mínima (LMD) é uma variante menos extrema que recupera 80-95% da água e produz uma pasta que é mais fácil de manusear. Os resíduos sólidos residuais podem ser depositados ou usados como material de construção se a sua composição for benigna. O Banco Mundial estima que os custos com ZLD podem adicionar 20-50% aos custos totais de dessalinização, mas a queda dos preços de energia e melhorias tecnológicas estão a fechar o fosso. Mais informações sobre as tecnologias ZLD estão disponíveis a partir de I.

Tecnologias emergentes no Horizonte

Várias tecnologias avançadas estão se movendo do laboratório para a escala piloto, oferecendo o potencial de cortar volume de salmoura e uso de energia simultaneamente.

Destilação da membrana (MD)

MD é um processo de transmissão térmica onde vapor de vapor de água quente de salmoura através de uma membrana hidrofóbica, que é então condensado como água doce. MD pode utilizar calor de resíduos de baixo grau de processos industriais ou coletores solares térmicos, tornando-o atraente para plantas de dessalinização co-localizadas. Ele opera a pressão atmosférica e é menos propenso a incrustação do que RO convencional, mas as membranas atuais sofrem de poros molhados e baixo fluxo. Pesquisadores estão desenvolvendo membranas omnífobas e projetos de novos módulos para melhorar o desempenho.

Osmose Avançada (OF)

O FO usa uma solução de desenho com alta pressão osmótica para puxar água da salmoura através de uma membrana semipermeável. A solução de desenho diluído é então separada para produzir água doce e solução de sorteio reconcentrada. O FO pode atingir alta concentração de salmoura sem pressão hidráulica, reduzindo a incrustação da membrana e a demanda de energia. Desafios permanecem em encontrar um soluto de desenho ideal que seja fácil de regenerar e não tóxico.

Eletrodiálise (ED) e Eletrodiálise Reversa (RED)

O ED utiliza um campo elétrico para transportar íons através de membranas seletivas, concentrando salmoura de um lado e diluindo outro fluxo. É adequado para salmouras de salinidade moderada e pode ser integrado com RO para aumentar a recuperação global. O RED, por outro lado, gera eletricidade misturando salmoura com água de salinidade inferior através de membranas de troca iônica. Uma pilha de RED instalada entre uma descarga de uma planta de dessalinização e água do mar pode recuperar energia, parcialmente desativando o consumo de energia da planta. Os protótipos demonstraram densidades de energia de 2-3 W/m2 de membrana.

Deionização capacitiva (CDI)

O CDI remove íons dissolvidos aplicando um campo elétrico de baixa tensão, atraindo íons para eletrodos de carbono porosos. É usado principalmente para água salobra, mas pesquisas recentes exploraram seu potencial para polimento de salmoura. O CDI de eletrodo de fluxo (FCDI) usa pasta de carbono fluindo para obter operação contínua e remoção de sal mais alta. Enquanto ainda na escala de bancada para salmouras concentradas, o CDI oferece uma alternativa de baixa energia para remover contaminantes específicos como boro ou metais pesados da salmoura.

Motores económicos e quadros políticos

A transição para a valorização da salmoura está sendo acelerada por fatores econômicos e regulatórios. Os custos de eliminação variam muito: a emissão de água do mar permite transportar taxas, injeção de poço profundo requer autorização complexa e lagoas de evaporação exigem grandes áreas de terra. Enquanto isso, o mercado de magnésio (US$ 2.700/ton), carbonato de lítio (US$ 13.000/ton a partir de 2023) e bromo (US$ 4.000/ton) oferece oportunidades de receita genuínas.Uma análise tecnoeconômica do [World Bank] sugere que uma extração mineral combinada e esquema de ZLD poderia alcançar um período de retorno de 5-7 anos para plantas de grande escala.

O Plano de Acção da União Europeia em matéria de Economia Circular incentiva a recuperação de matérias-primas críticas provenientes de fluxos de resíduos, incluindo a salmoura de dessalinização. Algumas nações do Médio Oriente exigem agora taxas mínimas de recuperação de água e metas de reutilização de salmoura para novas instalações de dessalinização.A avaliação do impacto ambiental exige cada vez mais que os operadores demonstrem que a descarga de salmoura não prejudicará os ecossistemas marinhos sensíveis.Estas forças estão a impulsionar o investimento em investigação e desenvolvimento, com dezenas de startups e spin-offs universitários a pilotar novas tecnologias de processamento de salmoura.

No entanto, as barreiras permanecem. O alto custo de capital de sistemas avançados como cristalizadores, a variabilidade na composição da salmoura e a falta de protocolos padronizados de projeto dificultam a adoção generalizada. Muitas abordagens promissoras funcionam melhor apenas para farmácias específicas de salmoura. Por exemplo, altas concentrações de sílica ou cálcio podem escalar membranas e trocadores de calor, exigindo pré-tratamento adicional. Além disso, a pureza dos minerais recuperados deve atender às especificações do mercado, o que pode exigir etapas extras de refino. A pesquisa em andamento foca no desenvolvimento de sistemas robustos e modulares que podem se adaptar a diferentes condições de plantas.

Sistemas integrados: Uma abordagem circular

Em vez de tratar cada tecnologia isoladamente, os projetos mais avançados combinam vários processos para maximizar a recuperação de recursos. Um esquema integrado típico pode envolver:

  1. RO dessalinização produzindo água doce e salmoura.
  2. Uma primeira fase de recuperação usando NF ou FO para extrair a maior parte da água e produzir um concentrado rico em íons divalentes.
  3. Reactores de precipitação mineral para recuperar magnésio, cálcio e estrôncio como produtos de carbonato ou hidróxido.
  4. Uma segunda fase de membrana (por exemplo, DM ou DE) para concentrar ainda mais o fluxo enquanto produz água doce adicional.
  5. Um cristalizador evaporador para produzir cloreto de sódio sólido e outros sais, deixando um resíduo mínimo.
  6. Polimento final opcional com troca iônica para capturar vestígios de lítio, bromo ou rubídio.

Este sistema pode obter mais de 98% de recuperação de água, produzir vários produtos vendáveis e reduzir o volume de salmoura que requer eliminação para menos de 2% do fluxo original. A energia para as etapas térmicas pode ser fornecida por calor solar térmico ou de resíduos da própria fábrica de dessalinização, diminuindo a pegada de carbono. Vários projetos de demonstração, incluindo o Projeto °ReWater no Chile e a Iniciativa de Mineração de Brine Dirigida em Omã, estão testando esses conceitos integrados em escala piloto. Os resultados desses projetos serão críticos para des-risco da tecnologia para implantação comercial.

Conclusão

O gerenciamento da salmoura das plantas de dessalinização não é mais uma questão de como se livrar dela, mas de como aproveitar seu potencial. De projetos difusores aprimorados que minimizam o impacto ecológico para membranas de ponta que extraem cada gota de água e cada grama de mineral, a caixa de ferramentas para o gerenciamento da salmoura está se expandindo rapidamente. Embora nenhuma solução única funcione para todas as plantas, a combinação de diluição, recuperação mineral, produção de sal e descarga de líquido zero oferece um caminho para uma indústria de dessalinização verdadeiramente circular. Investimento contínuo em pesquisa, políticas de apoio e colaboração entre utilitários de água, empresas químicas e desenvolvedores de tecnologia determinarão a rapidez com que essas inovações são escaladas. O prêmio final é um setor de dessalinização que não só quenifica a sede do mundo, mas o faz com desperdício mínimo e criação de valor máximo.