Dessalinização de água salobra vs. dessalinização de água do mar: 6 diferenças importantes (e qual se adequa à sua água)

A dessalinização de água salobra é o processo de remoção de sais dissolvidos de uma fonte de água com 1.000–10.000 mg/L de sólidos dissolvidos totais — cerca de 3% a 29% da salinidade típica da água do mar, de 35.000 mg/L — usando a mesma tecnologia básica de osmose reversa, com pressão mais baixa e maior taxa de recuperação. Entender essa diferença é importante porque ela define quais membranas usar, a pressão necessária e o plano de descarte do concentrado exigido pelo projeto; são decisões de engenharia que não podem ser intercambiadas. A água dessalinizada produzida por uma planta de água salobra e a produzida por uma planta de água do mar podem atender ao mesmo padrão de qualidade para água potável, mas os equipamentos, a energia e o plano de descarte necessários para isso diferem substancialmente.

O que torna a água “salobra” em vez de “água do mar”?

A água é considerada salobra quando seus sólidos dissolvidos totais ficam entre aproximadamente 1.000 e 10.000 mg/L: é salgada o bastante para precisar de tratamento antes do uso, mas muito menos que a água do mar, cuja salinidade típica é de 35.000 ppm. Esse limite não é arbitrário: determina a classe de membrana, a pressão nominal e a taxa de recuperação que o sistema precisa; por isso, classificar a água corretamente é a primeira decisão de engenharia, e não uma simples escolha de rótulo.

A osmose reversa predomina no tratamento de ambas as categorias porque rejeita sais de forma confiável em uma faixa de salinidade mais ampla do que as demais tecnologias de dessalinização atualmente em uso comercial. A eletrodiálise reversa é usada às vezes em faixas mais estreitas de SDT de água salobra, quando o objetivo é remover íons seletivamente, em vez de rejeitá-los indiscriminadamente. Esse caso de nicho é abordado no guia da Blue Membrane sobre tratamento de água salobra por osmose reversa, cujo conteúdo não será repetido aqui. Ainda há processos de dessalinização térmica da água do mar em algumas plantas de dessalinização da região do Golfo, mas o tratamento por membranas substituiu os projetos térmicos em quase todos os lugares onde a água subterrânea e a água salina de regiões interiores são a fonte de alimentação, pois evaporar água subterrânea salobra ou água do mar para separar as moléculas de água dos sais dissolvidos consome muito mais energia do que forçar a água através de uma membrana.

Consideradas em conjunto, a água salobra e a água do mar representam dois extremos de um mesmo contínuo de salinidade, e não dois campos sem relação entre si. Um sistema de dessalinização projetado para uma delas ainda se baseia nos mesmos princípios científicos das membranas, na mesma lógica de planejamento de recursos hídricos e nas mesmas práticas de pré-tratamento que regem a outra. É justamente por isso que compará-las diretamente, como neste artigo, é mais útil do que tratar a dessalinização de água do mar e a de água salobra como assuntos separados.

Fontes aquíferas e o limite de rejeição de sais

Órgãos de água dos Estados Unidos, entre eles o Bureau of Reclamation e a Texas Commission on Environmental Quality, costumam classificar a água doce, a água salobra e a água salina ao longo de um contínuo compartilhado de SDT: água doce abaixo de 1.000 mg/L, água salobra de 1.000 a 10.000 mg/L e água progressivamente mais salina acima desse valor, com a salmoura no extremo mais concentrado da escala. A classificação própria da Blue Membrane estende um pouco além de 10.000 mg/L o limite da água “altamente salobra”, até 12.000 mg/L, tratando a faixa de 10.000–12.000 mg/L como uma zona em que é preciso verificar antes de especificar, em vez de uma mudança abrupta para equipamentos de água salina. Com cerca de 35.000 mg/L, a água do mar fica bem próxima do extremo salino desse contínuo, mas muito abaixo das concentrações de uma salmoura verdadeira. Trata-se, portanto, de uma diferença de grau dentro de uma escala compartilhada, e não de uma categoria física separada da água salobra.

Dessalinização de água salobra vs. água do mar: comparação direta

Em pressão, taxa de recuperação e rejeição, a osmose reversa para água salobra e para água do mar diverge em todas as especificações práticas que determinam o custo e a área ocupada pelo sistema. A taxa de recuperação apresenta a maior diferença: sistemas para água salobra normalmente recuperam 50–90% da água de alimentação como permeado aproveitável, enquanto sistemas para água do mar recuperam apenas 26–35%. Esse único número explica a maior parte das diferenças de custo e de concentrado abordadas adiante.

Classe da membrana e requisitos de pressão de operação

As membranas de osmose reversa para água salobra são projetadas para operar em pressões padrão a médias, enquanto as membranas de osmose reversa para água do mar são construídas e dimensionadas para operação contínua em alta pressão. Uma membrana para água salobra simplesmente não suporta a pressão exigida por uma aplicação com água do mar; operar uma membrana para água do mar sob pressões de água salobra desperdiça os benefícios de sua construção para alta pressão. Na essência, ambas usam o mesmo processo de osmose diante de concentrações muito diferentes de sólidos dissolvidos totais. Um sistema de osmose reversa projetado para uma faixa de salinidade não substitui diretamente o outro, embora o princípio de dessalinização por membranas seja idêntico.

Os valores de pressão, taxa de recuperação e rejeição refletem as próprias configurações de osmose reversa para água salobra de Alta Recuperação, Compacta e Água de Poço da Blue Membrane, além da própria linha de produtos de osmose reversa para água do mar da Blue Membrane: são classificações específicas dos equipamentos da Blue Membrane, não uma média universal do setor, e os valores de outros fabricantes variam conforme o projeto da membrana e a composição química da água de alimentação. Em contrapartida, a linha de CAPEX/OPEX se baseia em pesquisa de custos publicada por terceiros, não nos preços da Blue Membrane. A literatura publicada da Blue Membrane sobre osmose reversa para água salobra não informa um valor equivalente de energia em kWh/m³; por isso, a linha de consumo de energia acima é qualitativa para água salobra. A operação em pressão mais baixa apresentada na linha de pressão é o fator subjacente. A seção introdutória de uma patente publicada sobre dessalinização indica uma diferença semelhante na taxa de recuperação, citando recuperação de permeado de 70–80% para água salobra, contra cerca de 35% para água do mar (WO2009102442A1) — trata-se da seção introdutória de uma patente, e não de um estudo independente revisado por pares.

Por que dessalinizar água salobra custa menos — e por que essa não é toda a história

A osmose reversa de água salobra custa menos do que a dessalinização de água do mar principalmente porque a menor salinidade da água de alimentação significa menor pressão osmótica a vencer, reduzindo os custos de capital e energia. Dados de custos publicados estimam despesas de capital da osmose reversa para água salobra entre $500–$2.947 por m³/dia de capacidade instalada e despesas operacionais entre $0,39–$0,66 por m³ de água produzida, com base em plantas dimensionadas para 10.000 a 70.000 m³/dia (Membranes, 2021).

Eficiência energética e custos de produção de água

Um SDT da água de alimentação entre 2.000 e 6.000 mg/L não altera de forma significativa o custo de operação dentro dessa faixa: o custo é determinado pelo próprio processo de tratamento, e não por pequenas variações na salinidade ou na qualidade da água dentro da faixa salobra. Essa previsibilidade de custos explica por que as tecnologias de tratamento em instalações de dessalinização de água salobra convergiram para configurações padronizadas, em vez de projetos de engenharia exclusivos para cada meta de produção de água. Também explica por que os ganhos de eficiência energética em elementos de membrana mais recentes têm mais impacto no custo total do que diferenças incrementais na qualidade da água de alimentação. O SDT, por si só, é um ponto de partida, não o quadro completo: uma pesquisa do U.S. Geological Survey sobre águas subterrâneas salobras constatou que a energia mínima de separação também depende dos íons predominantes na água de alimentação. Para uma mesma leitura de SDT, os requisitos aumentam do cálcio para o sódio entre os cátions e do sulfato para o bicarbonato e o cloreto entre os ânions (USGS). Por isso, é a análise completa da qualidade da água, e não apenas a leitura de SDT, que determina a configuração.

Essa vantagem de custo é real, mas se refere apenas ao tratamento. Ela não diz o que acontece com os 10–50% da água de alimentação que não se transformam em permeado aproveitável; é justamente aí que as duas tecnologias deixam de parecer semelhantes. Para ver nossa análise completa dos custos de água salobra por porte de planta, consulte o guia de custos operacionais da osmose reversa para água salobra.

Descarte do concentrado: onde a água salobra realmente torna o processo mais difícil

O descarte do concentrado reduz parte da vantagem de custo da dessalinização de água salobra, pois as plantas instaladas no interior não podem despejá-lo no mar como as plantas de água do mar. Uma análise do MIT sobre dessalinização de águas subterrâneas estima que o descarte da salmoura representa de 5% a 33% do custo total do projeto; as plantas de água salobra em regiões interiores tendem ao limite superior dessa faixa porque não têm acesso a emissários oceânicos (Ahdab & Lienhard). Esse dado é contraintuitivo para quem presume que uma água de alimentação mais barata significa automaticamente um projeto total mais barato.

O descarte em lagoas de evaporação, uma das poucas opções práticas em regiões interiores, já foi estimado em até aproximadamente $2,98 por m³ no limite superior (o custo da terra é o principal fator, então locais mais baratos ficam bem abaixo desse valor). Esse custo precisa ser somado à economia obtida no tratamento da água salobra. Já as plantas de água do mar normalmente despejam o concentrado de volta no mar por meio de um emissário, evitando completamente esse custo, embora seu volume de concentrado (65–74 gpm por 100 gpm de água de alimentação) seja substancialmente maior do que a faixa típica de alta recuperação para água salobra (25 gpm com recuperação de 75%, caindo para 10 gpm com recuperação de 90%; uma planta de água salobra operando no limite inferior da faixa de recuperação de 50–90% produz mais concentrado do que isso).

A indústria responde com tecnologias voltadas ao concentrado: um pedido de patente dos Estados Unidos publicado descreve sistemas de descarga líquida zero projetados especificamente para água salobra e resíduos industriais. O processo usa precipitação química e centrifugação para separar da salmoura os sais incrustados; depois, uma segunda passagem de osmose reversa recupera mais água e salmoura do que, de outra forma, seria desperdiçado (US20090045116A1). Essa atividade de patente sinaliza que o gerenciamento e o tratamento da salmoura são considerados problemas de engenharia próprios no planejamento da dessalinização de água salobra, e não etapas adicionais deixadas para depois da linha de tratamento.

Qual tipo de água você realmente tem? Um guia rápido para decidir

Consultar o SDT em um laudo de qualidade da água é a maneira mais rápida de determinar qual tecnologia se aplica: localize o valor de SDT, geralmente informado em mg/L, e compare-o com as faixas de classificação acima. A maioria dos casos fica clara de imediato. A faixa limítrofe entre aproximadamente 10.000 e 12.000 mg/L é onde se aplica a designação própria da Blue Membrane de água “altamente salobra” e onde analisar melhor a composição química específica da água de alimentação importa mais do que o valor de SDT isolado.

Uma pesquisa do U.S. Geological Survey mostra que a composição iônica, e não apenas o SDT total, determina quanta energia será necessária para tratar a mesma água de alimentação (USGS). Esse é mais um motivo para especificar equipamentos com base em uma análise completa da água, em vez de um único valor de SDT. O verificador de compatibilidade da água de alimentação da Blue Membrane percorre as mesmas perguntas sobre tipo de fonte, SDT e contaminantes que aparecem na matriz abaixo, para dar uma indicação preliminar da configuração adequada antes de uma análise completa da água de alimentação.

O valor de SDT indica qual família de membranas considerar, mas não conta a história toda: a fonte de água, o acesso a opções de descarte e a meta de recuperação determinam a configuração real. A especificação de uma simulação normalmente leva em conta uma análise da água e as opções de descarte disponíveis no local.

Quando a dessalinização de água salobra faz mais sentido

A dessalinização de água salobra é a escolha certa em quase todos os lugares onde a água subterrânea ou o escoamento agrícola no interior é salgado demais para uso direto e fica longe do acesso ao mar. Abastecimento municipal de água, tratamento de água de poço para fazendas e indústrias rurais e água de processo para indústrias de pequeno a médio porte são os 3 grupos de aplicações em que essa alternativa costuma ser viável. Quando os testes da água e as verificações de diagnóstico da seção anterior confirmam um SDT na faixa salobra e opções razoáveis de descarte, são esses os contextos em que essa configuração compensa.

A dessalinização de água salobra na planta de tratamento modular de $175 million, aprovada recentemente em Corpus Christi, ilustra a escala que esses projetos alcançam atualmente: capacidade inicial de 3,91 million gallons per day até o mês onze, com expansão para 21.3 MGD até o segundo ano, conforme confirmado no anúncio do próprio conselho municipal. Plantas de tratamento dessa escala estão se tornando comuns, e não excepcionais, em regiões interiores com escassez de água.

O Texas, por si só, mostra o quanto essa categoria está consolidada: o estado opera hoje dezenas de plantas de dessalinização de águas subterrâneas em municípios texanos, como parte de um dos programas de tecnologias da água mais consolidados do país. Essas plantas transformam água salobra de origem em água potável em grande escala. O plano hídrico estadual de 2007 do Texas Water Development Board projetou que o programa acrescentaria aproximadamente 174.773 acre-feet de novo abastecimento de água por ano (perto de 156 million gallons per day) até 2060 (Texas Water Development Board). O governo federal financia infraestrutura de pesquisa dedicada por meio da Brackish Groundwater National Desalination Research Facility do Bureau of Reclamation. Esse programa do Texas Water Development Board é um exemplo concreto de uma política recomendada para dessalinização de águas subterrâneas salobras em ação: essa alternativa é cada vez mais considerada viável em comparação com a construção de novos reservatórios de água superficial, sempre que o volume de água subterrânea salobra disponível localmente puder atender à demanda projetada. Isso se deve, em parte, ao fato de que a tecnologia de dessalinização já é bem conhecida e pode ser licenciada nessa etapa, ao contrário de alternativas ainda não testadas. Para aplicações rurais e agrícolas com água de poço, consulte os sistemas de tratamento por osmose reversa de água salobra de poços da Blue Membrane.

Os planejadores de recursos hídricos consideram cada vez mais as instalações de dessalinização em regiões interiores como um item padrão nos planos hídricos estaduais, em vez de uma medida emergencial. Isso porque uma única grande planta de dessalinização de água do mar ou de águas subterrâneas salobras pode acrescentar dezenas de milhões de galões de água doce ao abastecimento de água potável de uma região sem a construção de um novo reservatório de água superficial. Essa mudança é mais importante onde a demanda de água cresce mais rápido do que o abastecimento convencional: a água bruta extraída de um aquífero salobro se transforma em água potável tratada pelo mesmo processo descrito neste artigo, e as plantas de dessalinização de águas subterrâneas em regiões metropolitanas em crescimento são cada vez mais dimensionadas para atender ao consumo de água projetado, e não apenas ao consumo atual. A economia funciona porque o próprio processo de dessalinização amadureceu e se tornou uma tecnologia previsível de tratamento de água, passível de licenciamento, e não experimental.

Como escolher o sistema certo depois de identificar sua fonte de água

Depois que a análise da água confirmar a categoria, o próximo passo é combinar o SDT da água de alimentação e a taxa de recuperação necessária com uma configuração específica, em vez de se basear em uma cotação genérica de “sistema de osmose reversa”. Para água de alimentação salobra, os Elementos de membrana de osmose reversa para água salobra da Blue Membrane foram desenvolvidos especificamente para a faixa de 1.000–10.000 mg/L abordada ao longo deste artigo. A linha completa de Soluções de osmose reversa para água salobra inclui configurações de alta recuperação, sistemas compactos e sistemas para água de poço, todos projetados em torno desses elementos.

Se a análise da água indicar salinidade na faixa da água do mar, os Sistemas de osmose reversa para água do mar da Blue Membrane foram projetados para operar com a pressão mais alta e a taxa de recuperação mais baixa exigidas nessa faixa, com o mesmo rigor de engenharia, mas dimensionados para outro tipo de desafio.

Perspectivas do setor

A dessalinização de água salobra está crescendo mais rápido que a dessalinização da água do mar, e o motivo é estrutural, não cíclico: a menor demanda de energia e a aprovação regulatória comparativamente mais simples facilitam a liberação de projetos de água salobra em regiões interiores com escassez hídrica, em comparação com grandes usinas costeiras de dessalinização da água do mar. Empresas comerciais de pesquisa de mercado estimam que o segmento de equipamentos para água salobra cresça perto de 10% ao ano até o início da década de 2030, com o segmento industrial avançando um pouco mais — números indicativos e de baixa confiança, apresentados como contexto, não como uma previsão precisa e verificada por fonte independente.

Para quem avalia essas duas opções hoje, a capacidade para tratar água salobra entra em operação mais rapidamente, em grande parte porque supera obstáculos de financiamento e licenciamento que ainda afetam projetos de dessalinização da água do mar, e não porque a tecnologia em si tenha mudado. Na prática, um projeto que se enquadra na opção para água salobra por causa da composição química da água provavelmente também passará pela aprovação mais rápido que um projeto comparável de dessalinização da água do mar.

Pesquisa e desenvolvimento em tratamento de água por osmose reversa

A pesquisa e o desenvolvimento contínuos nessas duas tecnologias buscam menos revolucionar os fundamentos da osmose reversa e mais obter vantagens incrementais — membranas mais tolerantes a variações, maior resistência à colmatação e técnicas de dessalinização de nova geração para movimentar o concentrado — que, somadas, reduzem o custo total da água. Em 2023, o programa National Alliance for Water Innovation do U.S. Department of Energy destinou recursos concretos a essa linha de trabalho, financiando uma rodada de US$ 9,2 million (US$ 16,9 million com participação nos custos) para 12 projetos de inovação em tratamento de água. Vários deles abordam especificamente a previsão de colmatação em sistemas de osmose reversa para água salobra, o desenvolvimento de membranas de troca iônica e a valorização da salmoura, além de outros projetos voltados a tecnologias mais abrangentes de dessalinização e reúso de águas residuais (U.S. Department of Energy). Quando comparadas com a escassez hídrica real, essas melhorias contínuas, mas graduais, importam mais do que qualquer iniciativa isolada de dessalinização: cada projeto de dessalinização por osmose reversa que capta água do mar ou de um aquífero que, de outra forma, ficaria sem uso deve custar um pouco menos que o anterior. Por outro lado, o licenciamento para descarte em águas superficiais continua sendo a variável que avança mais lentamente nessa dinâmica.

Perguntas frequentes