Osmose Inversa e Nanofiltração

Osmose Inversa e Nanofiltração


DisciplinaAbastecimento e Tratamento de Água43 materiais641 seguidores
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TRATAMENTO POR MEMBRANAS: OSMOSE INVERSA E NANOFILTRAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA \u2013 CESNORS/FW
DEPTO. DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS E AMBIENTAIS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
TRATAMENTO DE ÁGUA DE ABASTECIMENTO
Alana Schons
Andressa D\u2019Agostin
Andressa G. Glusczak
Emeline Melchiors
Laís Lavnitcki
Laura Zachi
A escassez da água está diretamente relacionada ao gerenciamento dos recursos hídricos.
Reuso é o processo da utilização da água por mais de uma vez, tratada ou não, para o mesmo ou outro fim. 
Muitas tecnologias têm sido desenvolvidas com o objetivo do reuso e redução da água, sendo, que a partir do início da década de 1970, surge uma nova forma de separação destacando técnicas de separação por membranas sintéticas como uma barreira seletiva (HABERT, 2006). 
INTRODUÇÃO
As formações das membranas passam pelo processo de inversão de fases, o mesmo é amplamente utilizado no preparo de membranas comercias e permite a obtenção de membranas com diferentes tipos de morfologia e propriedades de transporte.
INTRODUÇÃO
Com o avanço da ciência, diariamente surgem novas técnicas para o tratamento de água e efluentes. Atualmente várias tecnologias com membranas são utilizadas.
Por exemplo, a dessalinização por osmose inversa usando módulos de membranas de alta performance é usada na dessalinização de água do mar, principalmente em regiões do globo com menor potencial hídrico-lagunar, como em regiões desérticas.
Também no tratamento de águas residuárias e efluentes industriais, onde se pode reaproveitar a água de processo, podendo-se inclusive chegar a um grau compatível com a potabilidade, embora os custos para isto sejam altamente caros. 
2. DEFINIÇÃO E APLICAÇÕES
Dentre essas técnicas, são utilizadas as membranas de ultrafiltração, em que se destacam as de microfiltração, nanofiltração e osmose reversa. Elas se diferem entre si pela porosidade, onde as de ultrafiltração, por exemplo, são microporosas e capazes de separar sólidos de diâmetro entre 2 e 50nm. Já as de microfiltração retêm sólidos superiores a 50nm.
2. DEFINIÇÃO E APLICAÇÕES
MEMBRANAS DE FIBRA OCA: são as mais utilizadas; quando projetadas para fluxo de fora para dentro, deixam o iodo ativado do lado de fora, enquanto o permeado limpo passa através da membrana e a água limpa sai pelas paredes da mesma.
Fonte: Google imagens
2. DEFINIÇÃO E APLICAÇÕES
MEMBRANAS COMERCIAIS: normalmente sintetizadas a partir de materiais poliméricos. 
O acetato de celulose foi o primeiro material a ser utilizado em processos de ultrafiltração, nanofiltração e osmose inversa. 
Já a polisulfona tem sido usada na fabricação de membranas de MF e UF. 
Mais recentemente, têm surgido no mercado membranas baseadas em materiais inorgânicos, dos quais se destacam aquelas preparadas a partir de materiais cerâmicos, com maior vida útil, porém de alto custo.
Segundo Ricardo Freire, da Ecopolo, empresa que instala e cuida da manutenção dos sistemas de membranas de ultrafiltração, em alguns sistemas, \u201cas membranas acabam substituindo / eliminando uma etapa de filtros para polimento\u201d e, apesar de exigir um investimento financeiro maior, os benefícios em longo prazo compensam.
 
\u201cSe você analisar o investimento e a operação, a vantagem é maior. Muita gente não leva em consideração a área ocupada [pelos sistemas convencionais]. E a manutenção dos sistemas de membranas de ultrafiltração também é simples, porque tem uma limpeza química\u201d, comparou Freire. 
A Honda é uma das empresas que instalou um sistema de tratamento à base de membranas de ultrafiltração.
A eficiência das membranas é amplamente comprovada, sendo que a qualidade da água ou do efluente tratado é altíssima. 
As membranas também ajudam as empresas a cumprirem as exigências para os lançamentos de efluentes em corpos receptores e sistemas de coleta de esgotos sanitários. 
3. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS POR MEMBRANAS
Natureza: sintéticas (orgânicas ou inorgânicas) e biológicas (vivas ou não vivas);
Estrutura: simétricas (porosas ou não porosas) e assimétricas;
Aplicação: separação gasosa, sólido-líquido, gás-líquido, líquido-líquido, etc;
Mecanismo de separação: exclusão, difusão, migração num campo elétrico, solubilidade.
PROCESSO
FORÇA MOTRIZ
MECANISMO DE ACÇÃO
MATERIAL RETIDO
APLICAÇÕES
Microfiltração (MF)
Gradiente de pressão
0.1 \u2013 1 bar
Exclusão
Material em suspensão
0.1 \u2013 10 \u3bcm
- Clarificação de vinho e cerveja
- Esterilização bacteriana
- Concentração de células
Ultrafiltração (UF)
Gradiente de pressão
0.5 \u2013 5 bar
Exclusão
Colóides, macromoléculas
PM > 5000
- Fraccionamento e concentração de proteínas
- Recuperação de pigmentos
- Recuperação de óleos
Nanofiltração (NF)
Gradiente de pressão
1.5 \u2013 40 bar
Exclusão /Difusão
Moléculas de peso molecular médio
500 < PM < 2000
- Purificação de proteínas
- Separação de compostos orgânicos e sais divalentes
Osmose Inversa (OI)
Gradiente de pressão
20 \u2013 100 bar
Difusão
Todo material solúvel ou em suspensão
- Dessalinação de águas
- Concentração de sumos
- Desmineralização da água
Diálise (D)
Gradiente de concentração
Difusão
Moléculas de PM > 5000
- Hemodiálise-Rim artificial
- Separação de sais
Electrodiálise (ED)
Gradiente de potencial eléctrico
Migração num campo eléctrico
Macromoléculas e compostos iónicos
- Concentração de soluções salinas
Permeação de gases (PG)
Gradiente de pressão e concentração
Soluibilidade / Difusão
Gases menos permeávei
- Recuperação de H2
- Separação CO2/CH4
- Fraccionamento do ar
Pervaporação(PV)
Gradiente de concentração
Solubilidade / Difusão
Líquidos menos permeáveis
- Desidratação de álcoois
- Remoção compostos voláteis
- Separação misturas azeotrópicas
4. OSMOSE INVERSA
O processo de osmose inversa visa remover solutos de baixa massa molar de um solvente, geralmente água, utilizando uma membrana semipermeável.
 A água passa preferencialmente em relação ao soluto.
A membrana então, se comporta como uma \u201cpeneira molecular\u201d. Ela, seletivamente, rejeita a passagem de moléculas e íons dissolvidos, permitindo apenas a passagem de água pura.
Essa rejeição que ocorre na osmose inversa pela membrana depende de alguns fatores como a temperatura, a concentração de sais na água, pressão do sistema, diâmetro do poro da membrana e também do seu rendimento.
O processo de osmose inversa começou a ser utilizado para o tratamento de água residual por volta de 1970. 
Atualmente é muito utilizado para dessalinização de águas salobras e salinas, mas para o tratamento de efluentes industriais o uso ainda é limitado. Sendo que este último caso é bastante atrativo, já que até mesmo o que for rejeitado pela membrana pode ser reutilizado. 
 No tratamento de água, o material rejeitado pela membrana são normalmente íons e matéria orgânica.
A medida que a água atravessa, o volume da água corrente do retido diminui e a concentração de partículas suspensas e de íons dissolvidos aumenta;
Objetivo pré-tratamento na água de alimentação de OI: aumentar a qualidade desta água a um nível que resulte em uma operação confiável de OI.
Fouling: processo de formação de um filme depositado na superfície da membrana, que resulta em um declínio do desempenho do sistema de OI.
Scaling: sais solúveis precipitam da corrente concentrada resultando numa menor permeabilidade.
4.1 Pré-tratamento do sistema de OI
Escolha de um pré-tratamento adequado irá maximizar a eficiência do processo e aumentar a vida útil da membrana;
Notável a melhoria de alguns parâmetros \uf0e0 fluxo de permeado, rejeição de sais, recuperação do produto e custos de operação e de troca das membranas.
Métodos:
Filtração (filtros de areia e cartucho);
Eliminação de cloro;
Abrandamento;
Ajuste de pH;
Coagulação/floculação/sedimentação;
Ultrafiltração;
Microfiltração;
Injeção de agente anti-incrustante e agente redutor.
Sedimentação + Filtração;
Filtração convencional com filtros de areia: retem sólidos suspensos que podem estar presentes