A tecnologia de membranas é usada na indústria da água para obtenção de água de elevada pureza em diferentes aplicações, desde água potável até o reuso de esgotos domésticos e efluentes industriais.
Os tipos de membranas variam de estruturas porosas a não porosas e podem remover de sólidos suspensos a sais dissolvidos. As vantagens das membranas de ultrafiltração incluem alta qualidade da água tratada, área reduzida, uso reduzido de produtos químicos, automação, modularidade e, em alguns casos, melhor eficiência energética quando comparada a outros processos.
Vários países em todo o mundo estão enfrentando problemas nos sistemas de tratamento de água potável devido à poluição, altos custos operacionais, difícil cumprimento da legislação e crescente demanda. Além disso, as instalações de tratamento ainda se baseiam em tratamentos convencionais e, mesmo com diferentes opções de recursos hídricos, muitas regiões sofrem com estresse hídrico, perdas de água e baixa qualidade de águas subterrâneas e superficiais.
Os avanços recentes na tecnologia de membranas e o aumento dos requisitos de qualidade da água estimularam a ultrafiltração (UF) no tratamento de água potável. A ultrafiltração fornece separação física para partículas, tipicamente na faixa de 20 a 1.000 Angstrom (até 0,1 mícron). Todos os sais dissolvidos e moléculas menores passam através da membrana de ultrafiltração. Os contaminantes rejeitados pela membrana de ultrafiltração incluem sólidos suspensos, coloides, patógenos e moléculas orgânicas de elevado peso molecular. Dependendo da aplicação, é possível operar de fora para dentro (os sólidos se acumulam na superfície externa da membrana de ultrafiltração – recomendado para alto teor de sólidos) ou de dentro para fora (acúmulo de sólidos na superfície interna da membrana – viável para menores teores de sólidos).
Em termos de material de construção, as membranas consistem principalmente em dois tipos:
- Estruturas orgânico-poliméricas (ex.: fluoropolímeros como o PVDF, polietersulfona (PES), derivados de celulose, polissulfona, poliamida, poliacrilonitrila,
- Inorgânicos: como as cerâmicas (ex.: alumina, zircônia).
Essas membranas são comumente encontradas em diferentes tipos de módulos; algumas propriedades importantes incluem: robustez mecânica, vedação, distribuição de vazão, capacidade de limpeza, resistência química, baixo custo, escalabilidade e alta recuperação do produto. Os módulos mais comuns são:
- fibras ocas
- cassetes
- espiral
- tubulares
- placas planas
Além disso existem duas configurações típicas: pressurizadas (onde uma pressão positiva é necessária para permitir a pressurização e filtração do fluido) e submersa (onde as membranas instaladas dentro de tanques, necessitam de uma sucção para produção do filtrado).
Em termos de operação, as membranas de ultrafiltração podem ser operadas em diferentes modos:
- Fluxo tangencial: fluxo contínuo de filtrado e concentrado para controlar a concentração e a incrustação de sólidos. Maior consumo de energia e menores recuperações, mas permitem operação com alta concentração de sólidos e águas/efluentes complexos;
- Dead-end: viável para operar na maioria dos casos, sem produção de um concentrado contínuo, reduzindo custos de energia e aumentando a recuperação de água. 100% da água é filtrada, com uma pequena porção (de 2 a 10%) usada para retrolavagens e limpezas químicas. Mais comum para tratamentos de água subterrânea, superfície e mar, além de polimento de efluentes.
O aumento da demanda por produção de água de diferentes fontes gera a necessidade de desenvolvimento de produtos inovadores e melhorias em produtos existentes. Os avanços nos requisitos de qualidade da água/efluentes tratados e a redução do custo total da água (CAPEX + OPEX) são os principais drivers para uso da ultrafiltração. A combinação de membranas e outros processos de tratamento de água é uma das alternativas mais avançadas para lidar com qualquer tipo de contaminação da água.
