trabalho filtração

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1.INTRODUÇÃO
	A detecção e quantificação de todos os micro-organismos patogênicos potencialmente presentes na água é trabalhosa, demanda tempo, os custos são elevados e nem sempre se obtêm resultados positivos ou que confirmem a presença dos micro-organismos.
Filtração é um processo de separação de um sólido de um líquido ou fluido no qual está suspenso, pela passagem do líquido ou fluido através de um meio poroso capaz de reter as partículas sólidas.
Em operações industriais, em particular de processos químicos, com a finalidade de produzir compostos com determinadas especificações, é necessário separar, concentrar e purificar espécies presentes em diferentes correntes dos processos envolvidos. Para estas operações, os processos de separação por membranas têm-se destacado como alternativas bastante promissoras aos processos clássicos de separação, uma vez que estes oferecem vantagens no que se refere ao consumo de energia, especificidade e facilidades de aumento de escala. Filtração por membrana é uma tecnologia que utiliza membranas como uma barreira seletiva que filtra as partículas líquidas ou retenção de moléculas de tamanho e peso molecular maior que o diâmetro dos poros. É utilizada para atender a requisitos especiais em processos de separação de líquidos, através da microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração ou osmose reversa. Pela simplicidade e eficiência possibilita que seja utilizada em diferentes indústrias para a produção de produtos específicos e aplicações ambientais
 Entre as aplicações mais comuns das membranas no setor de saneamento, estão a produção de água potável; tratamento de água para fins industriais; pré-tratamento de sistemas de dessalinização de água do mar; polimento de efluentes e tratamento de efluentes. 
As membranas também são usadas por outros segmentos, como biotecnologia, farmácia, indústria alimentícia e de bebidas, purificação de ar e hemodiálise.
Figura 1 – Filtração em Membranas.
Fonte: Processos de membranas- www.pha.poli.usp.br
1.2. História da membrana filtrante
	Filtros de membrana desde o início foram utilizados em aplicações no campo da microbiologia e na avaliação de água potável a final da Segunda Guerra Mundial. No início da década de 1950, uma pequena empresa americana, de Massachusetts, ganhou um contrato com as Forças Armadas dos EUA para desenvolver e fabricar dispositivos de filtragem baseados em membrana e sistemas para separar os componentes moleculares de amostras de fluidos. Anos depois, um dos funcionários desta empresa comprou os direitos da tecnologia e fundou uma companhia de filtros entitulada Millipore.
Figura 2 -A evolução histórica da tecnologia de produção de membranas (adaptado do texto de Membrane Separations Technology: Principles and applications. Noble & Stern)..
Fonte: https://bancadapronta.wordpress.com/2013/07/03/historia-da-membrana-filtrante.
	O desenvolvimento das membranas de microfiltração ocorreu na década de 1970, conduzido pela exigência do FDA para a produção de medicamentos injetáveis para que os filtros não liberassem partículas.
No final dos anos 80 a microfiltração em membrana começou a ser utilizada no tratamento de águas municipais, a fim de evitar a contaminação microbiológica, minimizando a introdução de agentes químicos. A partir daí, para garantir ainda mais a melhoria dos teores de sólidos e compostos orgânicos no tratamento da água a baixas pressões, mudanças na tecnologia da fabricação de membranas ocorreram para aumentar a eficiência de retenção e melhorar a compatibilidade química dos filtros.
Desse modo, novos materiais e tecnologias de produção das membranas foram surgindo e, com isso, a microfiltração em membranas começou a ser utilizada em cada vez mais processos, principalmente a partir da maior exigência dos órgãos reguladores sobre as aplicações industriais e da maior sensibilidade das técnicas laboratoriais.
2. OBJETIVOS
Desenvolver a técnica de filtração por membranas.
Desenvolver técnicas de manipulação instrumental, realizar diferentes tipos de filtração e observar os diferentes resultados possíveis com as técnicas de filtração simples. 
Comparar essa filtração em relação a outros processos existente, em questão de qualidade e custo beneficio.
Aprender técnicas de filtração e suas aplicações.
Apresentar e discutir os conceitos, critérios de projeto e dimensionamento e aspectos relevantes de operação dos sistemas de tratamento de águas e efluentes com a utilização de membranas filtrantes.
3. DESENVOLVIMENTO
A análise por membrana filtrante (fig. 2)  permite a avaliação de uma alíquota de 100 mL (ou mais dependendo da norma e do micro-organismo específico que se pretende identificar), que é bem mais representativa. Pelo menos 100 vezes mais chances de encontrar o que procura que no PCA. Ou, melhor dizendo, são 100 vezes mais confiança. Então esta análise é bem mais confiável. O recomendado é filtrar à vácuo em um suporte com membrana quadriculada de celulose com poro de 0,45 micrômetros (µm) para reter bactérias ou 0,8 µm para retenção de mofos e leveduras (neste caso podem ser membranas claras ou escuras, conforme o contraste com o que se está analisando). Depois estas membranas são colocadas sobre meios de cultura, com os nutrientes necessários para promover a multiplicação dos microorganismos desejados, por tempo e temperatura adequados. 
 
 
 Figura 3 – Rampa de filtração
 
 Fonte : http://www.microline.pt
3.1. TIPOS DE MEMBRANAS
	Entre os meio filtrantes mais utilizados estão a família das membranas, e os mais conhecidos dentre eles são as membranas de Microfiltração, Nanofiltração, Ultrafiltração e Osmose Reversa. 
Microfiltração: A Microfiltração é um processo de separação por membranas em que a força diretriz é a diferença de pressão através da membrana e os poros da membrana. Uma membrana típica de microfiltração possui tamanho de poros entre 0,1 a 10µm.
APLICAÇÕES
A microfiltração - empregadas em tratamento de águas em algumas indústrias- até algum tempo eram consideradas técnicas alternativas de tratamento de água de abastecimento somente para casos mais restritos. Entretanto, sua viabilidade técnica/econômica tem aumentado sensivelmente devido, entre outros fatores, a:
Padrões de qualidade de água potável cada vez mais exigentes
Decréscimo acentuado, em certas regiões, de recursos hídricos adequados
Ênfase crescente em reuso de água
Avanços na tecnologia de membranas, com diminuição dos custos de aquisição, operação e manutenção
Tratamento de água
Nanofiltração: A Nanofiltração é outra técnica de separação por membrana. Seu campo de aplicação está situado entre a Osmose Reversa e a Ultrafiltração. Essa técnica retém os sais bivalentes com 0,001µm molecular e requer pressão de trabalho entre 10 a 25 BAR. 
APLICAÇÕES
vem sendo usado em aplicações especiais, principalmente em:
Tratamento de água, 
Efluentes e dessalinização. 
 Fármacos e biotecnologia, 
Alimentos e aplicações em tipos não aquosos.
Ultrafiltração: A Ultrafiltração é uma espécie de barreira física que tem como objetivo remover os sólidos suspensos coloides e vírus presentes na água. A filtração ocorre por meio da passagem da água pelas membranas de Ultrafiltração que permite que as moléculas de água, sais e cor, permeiem através das mesmas, retendo as impurezas presentes na água de alimentação. Neste processo de filtração, a força motriz é o diferencial de pressão que direciona a passagem do fluido (gás ou líquido) pelos poros de uma membrana. “A membrana é uma barreira física com corte de peso molecular que pode variar de 10 kDa a 200kDa, dependendo da finalidade e da qualidade desejada para o filtrado. As pressões de operação nessa modalidade são baixas, de 0,5 a 4,5 BAR.
APLICAÇÕES:
Suas aplicações são diversas, podendo ser aplicada:Tanto no leite como no soro.
 No caso de queijos feitos com essa tecnologia, o rendimento pode ser até 20% maior quando comparado à tecnologia que usa apenas a coagulação química ou microbiológica.
Osmose Reversa: Sistemas de Osmose Reversa (OR) baseiam-se na utilização de membranas semipermeáveis, usualmente de poliamida, para filtração de correntes aquosas sob elevada pressão, de forma que haja a remoção dos sais existentes.
APLICAÇÕES:
Dessalinização
Irrigação
Líquido para Caldeiras
Utilização Hospitalar e Farmacêutica
Produção de concentrados de sumo, proteínas e vinho para a indústria alimentícia
Uso doméstico
 Figura 4 - Processos mais usuais de filtração
 Fonte: https://www.tratamentodeagua.com.br
 3.2. VANTAGENS E DESVANTAGENS
As vantagens potenciais em relação ao tratamento convencional são:
Produção de água com qualidade superior,
Adição de quantidade bem menor de produtos químicos,
Requer menor energia para operação e manutenção,
Proporciona projeto e construção de sistemas compactos, fáceis de serem implantados.
As desvantagens, a principal o fato de se:
Gerar grande quantidade de um fluxo de líquidos rejeitados, tendo estes elevadas concentrações de sais minerais.
 3.2.1. Dimensionamento de Sistemas Membranas 
 	O dimensionamento é similar àquele utilizado para sistemas biológicos de tratamento de efluentes; a principal diferença é que nos sistemas membranas não é necessário incluir o decantador secundário, nem a unidade de adensamento de lodo; a partir dos arranjos típicos promove-se o dimensionamento do sistema biológico e do sistema de separação por membranas. Dependendo da capacidade do sistema de tratamento as membranas são instaladas em um tanque separado: o tanque de membranas também faz parte do reator biológico; a separação é feita para otimizar o processo, reduzindo o consumo de ar. O pré-tratamento também pode ser simplificado.
Figura 4- sistema para remoção de matéria orgânica e nitrificação.
Fonte: www.pha.poli.usp.br
Figura 5 – Fluxograma do processo genérico de ultrafiltração modelado
Fonte: www.teses.usp.br
 3.2.2. Exemplo
Dimensionar um sistema de ultrafiltração (membranas enroladas em espiral) para tratar 100 m3 /h de efluente, de maneira que a vazão de concentrado descartado seja 1/10 da alimentação. Utilizar os seguintes dados:
 – Sistema operando com recirculação de concentrado; 
– Número máximo de membranas em série = 4; 
– Taxa de produção 30 L/h.m2 ; 
– Recuperação de água por membrana = 10 %
 – Área de membrana por módulo = 32 m2 ; 
– Apresentar um fluxograma do processo com todas as correntes envolvidas.
Figura 6- Fluxograma de dimensionamento de ultrafiltração.
Fonte: www.pha.poli.usp.br/default.aspx?id=69&link_uc=disciplina
Vazão afluente (QA ) = 100 m3 /h; 
QD = QA / 10 = 10 m3 /h
 QA = QP + QD QP = 100 – 10 = 90 m3 /h 
YG = QP / QA = 90 / 100 = 0,9 (90%)
YM = 1 – (1 – Ymembrana)n = 0,344
Vazão de alimentação das membranas (Q’A ):
 Q’A = YG .QA / YM = 100.0,9 / 0,344 
 Q’A = 261,63 m3 /h 
Vazão de recirculação (QR ):
 QR = Q’A
 QA = 261,63 – 100 
 QR = 161,63 m3 /h
Área de membrana:
 AM = QP / qM 
 AM = 90.000 / 30 = 3.000 m2 
Número de membranas: 
 NM = AM / a
 NM = 3.000 / 32 = 93,75 94 membranas 
Número de vasos de pressão:
 NV = NM / n = 94 / 4 = 23,5 24 vasos 
4. CONCLUSÃO
	As técnicas de separação por membranas têm tido cada vez mais relevantes na sociedade atual, demonstrando-se ferramentas essenciais em estações de tratamentos de água, por exemplo. Com esta pesquisa efetuada sobre o tema tivemos a oportunidade de descobrir o modo como se realizam os processos de separação por membranas (osmose inversa, nanofiltração e ultrafiltração), as suas variadíssimas aplicações e a importância que estas técnicas revelam no tratamento industrial de efluentes líquidos ou gasosos. Acreditamos que apesar de serem práticas que implicam custos elevados de manutenção e fornecimento é importante que se analisem as vantagens para que possa haver um desenvolvimento sustentável nesta área, que se mostra tão importante. Desta forma, concluímos que a elaboração desta atividade foi importante para um conhecimento mais aprofundado do tema.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] SCHNEIDER, R. P.; TSUTIYA, M. T. Membranas filtrantes para o tratamento de água, esgoto e água de reúso. 1ª Ed. São Paulo: Associação Brasileira De Engenharia Sanitária, 2001.
[2] LIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de Qualidade e Tratamento de Água. 4. ed. Campinas: Átomo, 2016.
[3] <http://www.funasa.gov.br>
[4] < www.pha.poli.usp.br/default.aspx?id=69&link_uc=disciplina>
[5] LAUTENSCHLAGER, S. R. Otimização no processo de ultrafiltração no tratamento avançado de efluentes e águas superficiais, 2016. Tese (Doutorado) escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2016.