Relatório_filtração_com_membranas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AMBIENTAL 
Estudo dos Parâmetros de Filtração num Sistema com Membranas 
para Tratamento de Efluentes 
 
 
 
 
 
 
Acadêmicas: Gabriela Antunes, 83927 
 João Pedro Vidotti de Cesaro, 93095 
 Maristella Toscano Rossini, 94315 
 Mayara Custódio Molinari, 90393 
 Vanessa Angelo, 95232 
Professor: Dr. Marcelino L. Gimenes 
 
Maringá, Junho de 2019 
 
1. Introdução 
A indústria têxtil utiliza entre 200-270 m3 de água para produzir 1 tonelada 
de produto têxtil. Este processo gera grande quantidade de efluente com carga 
importante de poluente, ou vez que cerca de 90% dos produtos químicos 
utilizados no beneficiamento têxtil são eliminados após cumprirem seus 
objetivos. (APHA-AWWA-WPCF, 1995). Do ponto de vista ambiental e 
econômico é fundamental realizar o tratamento do efluente com a valorização do 
produto gerado, tendo em vista redução de custos de processos, reuso intensivo 
de água de processos, otimização do ciclo de vida das matérias primas 
envolvidas nas operações, entre outros. 
Os métodos utilizados para o tratamento de efluentes da indústria têxtil 
são físico-químico (coagulação/decantação) e lodos ativados. Métodos 
utilizando membranas em complemento a outros processos de tratamento de 
efluentes, tem surtido bons resultados. (BAETA, 2012). 
Uma membrana é um filtro absoluto que elimina todos os compostos 
maiores do que seu peso molecular de corte. Os processos de membranas mais 
apropriados para obter uma água de qualidade desejável, dependem dos 
compostos a serem eliminados da água bruta. O emprego de filtração por 
membranas é dividido em quatro categorias, de acordo com seus pontos de 
cortes. Estes são: Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF), Nanofiltração (NF) e 
Osmose Reversa (OR). Os dois primeiros processos requerem uma pressão de 
serviço menor que 5 bars e são principalmente aconselhados para separação 
sólido/líquido e eliminação de partículas. A UF detém partículas minerais e 
orgânicas e partículas biológicas equivalente a algas, bactérias e vírus. Contudo, 
junto com adsorção sobre carvão ativado em pó, (CAP), a UF pode também ser 
usada para eliminar moléculas orgânicas dissolvidas. A Nanofiltração e a 
Osmose Reversa, por outro lado, podem deter partículas do tamanho de um íon. 
A NF é normalmente usada para abrandamentos e, em parte, para 
desmineralizar água salobra ou pouco salina e a OR para dessalinizar a água do 
mar ou águas salobras. (RIBEIRO e DE LUCA). 
 
2. Objetivos 
Este experimento objetiva determinar e avaliar a utilização de membrana 
de ultrafiltração na remoção de parâmetros como cor, turbidez, sólidos 
suspensos e matéria orgânica (DQO), bem como o perfil de filtração e os 
fenômenos associados à membrana relativos ao processo de para o tratamento 
de efluentes. 
 
3. Fundamentação Teórica 
Os efluentes industriais geralmente são bastante complexos, devido a 
variabilidade de sua composição, variando essencialmente com o tipo de 
atividade e com o processo industrial utilizado. Em particular, na indústria têxtil, 
existem diferenças nas caracterizações desses efluentes devido aos diferentes 
tipos de fibras utilizados nas confecções de fios ou tecidos, ou seja, para cada 
tipo de fibra utilizada têm um tipo de efluente, cada um com suas próprias 
características. (SOUTO SILVA, 2007). 
Em uma indústria têxtil, grande parte dos despejos líquidos gerados é 
proveniente basicamente das etapas de limpeza, tingimento e acabamento. 
Como consequência estes efluentes caracterizam-se por possuir uma variação 
de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio 
(DQO) e por elevada presença de cor e sólidos totais (ST), sendo que a grande 
maioria dos sólidos refere-se aos sólidos dissolvidos (SD), além de variações de 
temperatura e pH. Por definição: 
- Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): corresponde à quantidade de 
oxigênio consumida por microrganismos presentes em uma amostra de efluente 
(como o esgoto doméstico e o industrial). Como esses microrganismos realizam 
a decomposição da matéria orgânica no meio aquático, saber a quantidade 
desse gás é uma forma efetiva de analisar o nível de poluição existente nesse 
meio. 
- Demanda Química de Oxigênio (DQO): é um parâmetro que mede a 
quantidade de matéria orgânica, através do oxigênio dissolvido, suscetível de ser 
oxidada por meios químicos que existam em uma amostra líquida e se expressa 
em [mg O2/L]. A análise dos valores de DQO em efluentes é uma das mais 
expressivas para determinação do grau de poluição da água, esta análise reflete 
a quantidade total de componentes oxidáveis, seja carbono ou hidrogênio de 
hidrocarbonetos, nitrogênio (de proteínas, por exemplo), ou enxofre e fósforo de 
detergentes. Sabe-se que o poder de oxidação do dicromato de potássio é maior 
do que o poder oxidante pela ação de microrganismos, além disso a resistência 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9ria_org%C3%A2nica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Miligrama
https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio
de substâncias aos ataques biológicos levou à necessidade de fazer uso de 
produtos químicos, sendo a matéria orgânica neste caso oxidada mediante um 
oxidante químico. 
- Sólidos Totais (ST): é o termo empregado para o material que 
permanece em um cadinho após evaporação da água da amostra e sua 
subsequente secagem em estufa, a 103ºC – 105°C, constituindo-se da fração 
dos ST que fica retida em um filtro. Já os Sólidos Suspensos Totais (SST) 
englobam os materiais orgânicos e inorgânicos contidos no meio a ser filtrado. 
Segundo Liao et al (2002), a complexidade dos efluentes têxteis é 
atribuída principalmente ao alto conteúdo de corantes, surfactantes e aditivos, 
que na maioria das vezes são compostos orgânicos de estruturas complexas 
que estão presentes em elevadas concentrações. 
A legislação ambiental é muito complexa, visto que exige elevada 
especificidade dos parâmetros envolvidos, sendo a primeira condicionante para 
um projeto de uma estação de tratamento de efluentes industriais. De acordo 
com o Art. 34 “Resolução CONAMA nº 357, de 17 de Março de 2005”, os 
efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou 
indiretamente, nos corpos de água, após o devido tratamento e desde que 
obedeçam às condições padrões e exigências dispostas nesta Resolução e em 
outras normas aplicáveis. Além disso, o efluente não deverá causar ou possuir 
potencial efeito tóxico aos organismos aquáticos no corpo receptor, de acordo 
com os critérios de toxicidade estabelecidos pelo órgão ambiental competente. 
A Tabela 1 apresenta os valores médios e os parâmetros característicos para 
um efluente têxtil bruto. 
Tabela 1 – Valores médios e característicos de efluente têxtil bruto. 
 
As principais técnicas disponíveis na literatura para descoloração das 
águas de rejeito envolvem principalmente processos de coagulação, floculação, 
processos de separação por membranas, adsorção, precipitação, processos 
oxidativos avançados (POA’s), fotocatálise, biodegradação, entre outros. 
O processo de separação por membranas – ultrafiltração, por exemplo – 
também tem sido muito utilizado por apresentar uma boa remoção da cor. A 
metodologia consiste na separação efetiva de moléculas de corantes com 
dimensão suficientemente grande para serem separadas do efluente, garantindo 
a retenção de micro-organismos e propiciando a geração de um efluente de boa 
qualidade no que se refere ao teor de sólidos suspensos e turbidez. Além disso, 
em alguns casos, dependendo do tipo de membrana utilizada, pode contribuir 
para a remoção de sólidos dissolvidos. 
A membrana pode ser definida como “uma barreiraque separa duas fases 
e restringe, total ou parcialmente, o transporte de uma ou várias espécies 
químicas presentes na fase” (NÓBREGA et al., 1997), como demonstrado na 
Figura 1. 
 
Figura 1 – Representação esquemática de duas fases separadas por 
membrana. 
 
A filtração pode ser realizada de dois modos operacionais diferentes: 
- Filtração com fluxo normal convencional (dead-end): o fluido é levado 
diretamente em direção à superfície de membrana, perpendicularmente, sob 
uma pressão aplicada. As partículas de maior diâmetro não atravessam a 
membrana e acumulam na sua superfície, sendo uma desvantagem operacional. 
- Filtração com fluxo tangencial (cross-flow): o fluido de alimentação flui 
paralelamente ou tangencialmente à membrana e ao fluxo permeado, o que 
permite o escoamento de grandes volumes de fluido, pois esse tipo de 
escoamento, à altas velocidades, tem o efeito de arrastar os sólidos que tendem 
a se acumular sobre a superfície da membrana. Como ocorre menor acúmulo de 
material retido sobre a superfície da membrana, a mesma tem menor tendência 
ao entupimento e a produção pode ser mantida em níveis acima dos que são 
possíveis na filtração perpendicular. 
 
Figura 2 – Comparação entre o fluxo convencional e o fluxo tangencial. 
 
Apesar da boa remoção de DQO e das elevadas taxas de carga orgânica 
que podem ser aplicadas, os sistemas de membrana sofrem com o declínio do 
fluxo ao longo do tempo de operação, devido ao fenômeno de fouling 
(colmatação da membrana). 
Segundo Akram e Stuckey, (2008), o fouling da membrana pode ser 
atribuído à adsorção de compostos orgânicos solúveis e biopolímeros no interior 
da membrana, interações físico-químicas entre o material acumulado e a 
membrana, entupimento dos poros por deposição de células de microrganismos, 
de finos coloides e precipitados inorgânicos na superfície da mesma, além da 
polarização de concentração. Esses fenômenos provocam um aumenta na 
resistência ao transporte do solvente e também do soluto, causando um declínio 
gradual no fluxo que atravessa a membrana. 
 
Figura 3 – Comparação entre o fluxo convencional e o fluxo tangencial. 
 
A operação em baixa pressão, por diminuir o fluxo permeado, diminui 
também o aporte de soluto em direção à superfície da membrana e, assim, a 
membrana ficará menos polarizada. Como os fenômenos de adsorção e de 
eventual precipitação do soluto sobre a membrana dependem, 
fundamentalmente, da concentração do soluto na interface da 
membrana/solução, eles serão minimizados. O fato de se trabalhar em pressões 
não muito elevadas e, portanto, com fluxos permeados menores, pode parecer 
uma incoerência, no entanto, os resultados, principalmente para tempos longos 
de operação, podem ser surpreendentemente melhores. Em condições menos 
polarizadas o fouling é bem menor e o fluxo permeado se estabiliza mais 
rapidamente e em valores superiores aos dos fluxos estáveis, quando se 
trabalha em condições mais severas de pressão transmembrana. O fluxo inicial, 
no caso de pressões maiores, é mais elevado, mas este cai rapidamente com o 
tempo de operação. 
Para a escolha da membrana que será utilizada deve-se analisar o 
desempenho requerido no processo de tratamento de efluentes, o qual é definido 
com base em dois fatores, o fluxo, que é a taxa de fluxo volumétrico do fluido 
que passa pela membrana por unidade de área, e a seletividade, que consiste 
na fração de soluto na alimentação retida pela membrana. 
 
4. Materiais e Métodos 
A metodologia utilizada no desenvolvimento deste trabalho constituiu-se 
de duas etapas. Numa primeira, o efluente bruto foi caracterizado quanto a cor, 
turbidez, DQO e sólidos. Numa segunda, foi realizado processo de ultrafiltração 
e posteriormente analisado as mesmas características sobre o filtrado. 
 
5. Resultados e Discussão 
Para estimar as resistências de colmatação interna e externa, 
primeiramente utilizou-se somente água na membrana, para determinar sua 
resistência à permeação. Em seguida, utilizou-se o efluente que deseja-se tratar. 
Os dados de fluxo estão dispostos nas Tabelas 2 e 3, respectivamente. A 
pressão utilizada foi de 196,133 kPa e a viscosidade da água é de 0,001002 Pl. 
Sendo o fluxo calculado a partir da Equação 1 dada por: 
𝐽 =
𝐷𝑃
𝑚(𝑅𝑚+𝑅𝑑)
 (1) 
Onde: 
 Rm representa a resistência intrínseca da membrana em função da 
camada gel, camada filtrante e diâmetro dos poros; 
 Rd representa as resistências de colmatação interna e externa 
formados no decorrer da filtração; 
 DP é a pressão transmembranaria 
 m é a viscosidade do permeado. 
 
Tabela 2 – Fluxos utilizando água. 
TEMPO 
INÍCIO (S) 
TEMPO 
FIM (S) 
TEMPO 
(S) 
VOLUME 
(ML) 
VAZÃO 
(ML/S) 
FLUXO 
(L/M²*S) 
45 75 60 43,0 1,433 0,4215686 
105 135 120 42,9 1,430 0,4205882 
165 195 180 43,0 1,433 0,4215686 
45 75 240 43,0 1,433 0,4215686 
105 135 300 43,0 1,433 0,4215686 
165 195 360 43,0 1,433 0,4215686 
45 75 420 43,0 1,433 0,4215686 
 
 
 
Tabela 3 – Fluxos utilizando o efluente. 
TEMPO 
INÍCIO (S) 
TEMPO 
FIM (S) 
TEMPO 
(S) 
VOLUME 
(ML) 
VAZÃO 
(ML/S) 
FLUXO 
(L/M²*S) 
45 75 60 36,5 1,217 0,3578431 
105 135 120 34,0 1,133 0,3333333 
165 195 180 33,0 1,100 0,3235294 
45 75 240 32,0 1,067 0,3137255 
105 135 300 31,8 1,060 0,3117647 
165 195 360 31,8 1,060 0,3117647 
45 75 420 30,5 1,017 0,2990196 
45 75 480 30 1,000 0,2941176 
105 135 540 28,5 0,950 0,2794118 
165 195 600 28 0,933 0,2745098 
45 75 660 26 0,867 0,254902 
105 135 720 25 0,833 0,245098 
165 195 780 - - - 
 
 
A Figura 4 apresenta o gráfico dos resultados obtidos. 
 
 
Figura 4 – Resultados de fluxo obtidos para água e para o efluente 
estudado. 
 
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 200 400 600 800
Fl
u
xo
 (
L/
m
²*
s)
tempo (s)
Água
Efluente
Com os dados obtidos, e sabendo que para a água a resistência de 
colmatação (Rd) é nula, foi possível calcular a resistência da membrana, que é 
de 4,643E+11. A Tabela 4 apresenta os resultados de resistência por depósito 
para cada tempo. 
 
Tabela 4 – Resistência de depósito para os diversos tempos. 
T (S) RD (M-1) 
60 8,27E+10 
120 1,22E+11 
180 1,41E+11 
240 1,60E+11 
300 1,64E+11 
360 1,64E+11 
420 1,90E+11 
480 6,66E+11 
540 7,01E+11 
600 7,13E+11 
660 7,68E+11 
720 7,99E+11 
 
 
 
Para a determinação de DQO utilizou-se espectrofotômetro. Os 
resultados obtidos estão dispostos na Tabela 5. 
Tabela 5 – Valores de DQO do o efluente e do efluente tratado. 
AMOSTRA DQO (MG/L) 
EFLUENTE 98,1 
EFLUENTE TRATADO 57,3 
 
A determinação de sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos 
fixos (SSF) e sólidos suspensos voláteis (SSV) foi feita com auxílio de estufa e 
mufla. As massas relevantes para essa determinação estão dispostas na Tabela 
6. 
 
Tabela 6 – Massa dos cadinhos, filtros e amostras após estufa e mufla. 
 EFLUENTE EFLUENTE 
TRATADO 
MASSA DO 
CADINHO (G) 
37,4336 33,5443 
MASSA DO 
FILTRO (G) 
0,1183 0,1183 
MASSA APÓS 
ESTUFA (G) 
37,697 33,787 
MASSA APÓS 
MUFLA (G) 
37,679 33,771 
 
Além disso, foi feita a determinação de cor e turbidez, com auxílio de 
espectrofotômetro. Os resultados estão na Tabela 7. 
 
Tabela 7 – SST, SSF, SSV, cor e turbidez das amostras. 
 EFLUENTE EFLUENTE 
TRATADO 
SST (MG/L) 967,33 829,33 
SSF (MG/L) 847,33 722,67 
SSV (MG/L) 120,00 106,67 
COR (PTCO) 210 2 
TURBIDEZ 
(FAU) 
62 1 
 
 
6. Conclusão 
A partir do gráfico construído para o fluxo é possível observar que o 
comportamento dos dados ocorreram de acordo com o esperado, para ambos 
os fluidos utilizados (água e efluente). Ainda, para a água é possível notar um 
comportamento praticamente constante com o tempo, tendo um fluxo 
completamente estabilizado. 
Diferente do efluente, onde é possível notar um grande decaimento do 
fluxo em relação ao tempo, ao fim deste decréscimo é notado uma leveestabilização do fluxo, isso ocorre pois neste ponto o volume que passa pela 
membrana é muito baixo, sendo assim necessário que ocorra uma limpeza da 
membrana. Contudo, como o experimento foi realizado apenas uma vez, não 
possível confirmar se haveria o aumento do fluxo após a limpeza na mesma. 
Em relação ao tratamento do efluente e a sua DQO, o processo utilizado 
não foi tão eficiente quanto poderia ser, já que o mesmo apresentou uma 
eficiência de 58,40% de remoção. Tal resultado pode ser explicado por um erro 
experimental, considerando que o experimento, mesmo realizado em duplicata 
para a leitura, apresentou grande diferença entre elas, além disso, erros como 
de manuseio, principalmente em relação as cubetas utilizadas, e leitura do 
equipamento também devem ser considerados. 
Contudo, apesar dos resultados nem tão satisfatórios para o critério citado 
acima, o método fez-se muito eficiente em relação ao tratamento para cor e 
turbidez, tendo uma diminuição de aproximadamente 99% e 98% 
respectivamente. 
 
 
7. Referências 
[1] Akram, A., Stuckey, D.C., 2008. Flux and performance improvement in 
a submerged anaerobic membrane bioreactor (SAMBR) using powdered 
activated carbon (PAC). Process Biochem. 43, 93e102. 
[2] Liao J, et al. (2002) Crystallization and preliminary crystallographic 
analysis of manganese superoxide dismutase from Bacillus halodenitrificans. 
Biochem Biophys Res Commun 294(1):60-2 
[3] NÓBREGA, R. et al. 1997, Apostila do Curso de Processos de 
Separação com Membranas. Rio de Janeiro: COPPE – Escola Piloto em 
Engenharia Química, UFRJ, 1997. 
[4] SOUTO Silva, K. K. O. Caracterização do efluente líquido no processo 
de beneficiamento do índigo têxtil. Dissertação (Mestrado), Natal, Universidade 
Federal do Rio Grande do Norte, p. 22, 2007. 
[5] Ribeiro, M.L. e De Luca, S.J. Tratamento de águas por filtração por 
membrana. EStado da arte. 
[6] APHA-AWWA-WPCF, Standard Methods for the Examination of Water 
and Wastewater. 19th Edição. American Public Health Association, Washington, 
DC, 1995. 
[7] BAETA, Bruno Eduardo Lobo. Tratamento de efluentes utilizando 
reatores anaeróbios de membrana submersa (SAMBR) com e sem carvão 
ativado em pó (CAP). Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Ouro 
Preto, 2012.