Ultrafiltración

Dois processos de membrana, ultrafiltração e osmose reversa, são usados para tratar o rio com limo nas instalações de Central Puerto, em Buenos Aires, Argentina.

Filtrando contaminantes, mesmo em escala nanométrica, as membranas são um pilar dos tratamentos de água e efluentes

No tratamento da água, as membranas são barreiras que permitem a passagem da água, mas impedem a passagem de substâncias indesejadas. Ao trabalhar de maneira muito semelhante às paredes celulares de nossos corpos, as membranas técnicas filtram sais, impurezas, vírus e outras partículas de água.

Um processo de membrana é qualquer método que se baseia em uma barreira de membrana para filtrar ou remover partículas da água. O fluido passa através da membrana devido à diferença de pressão entre um lado da membrana e o outro. Os contaminantes permanecem de um lado. Embora muitos tipos de meios de filtração sejam usados para tratamento de água, como argila, limo e areia, uma das propriedades que distingue as membranas é a capacidade de separar substâncias menores de um líquido, como sais e íons.

As membranas foram aplicadas pela primeira vez nos processos de tratamento de água na década de 1960, mas somente na década seguinte foram cada vez mais usadas para dessalinização. Agora, a lista de processos de membrana usados no tratamento de água foi expandida para incluir o seguinte:

  • Osmose Direta
  • Osmose Revers
  • Microfiltração
  • Ultrafiltração
  • Nanofiltração

Diferentes processos requerem diferentes tipos de membrana, em termos gerais, funcionando como uma peneira ou separando a água das impurezas em nível molecular. As membranas são feitas de camadas à base de polímeros, cerâmicas e outros materiais. Estão sendo feitas pesquisas sobre materiais poliméricos em bloco, óxido de alumínio, grafeno, e outros nanomateriais, como nanotubos de carbono. As membranas têm diferentes graus de permeabilidade:

Tipos e Configurações de Membrana

As membranas são geralmente classificadas como isotrópicas ou anisotrópicas. As membranas isotrópicas mostram uma composição e estrutura física uniforme no corte transversal, enquanto as membranas anisotrópicas não são uniformes no corte transversal. Elas são geralmente formadas por camadas estruturadas e materiais diferentes.

Os tipos de membranas de uso geral incluem tubulares, fibras ocas e lâminas planas. Esses tipos são aplicados em diferentes configurações, como membranas de lâminas planas usadas na Solução Compacta Inteligente NIROBOX™, ou enroladas em espiral, como aquelas usadas no Reator de Biofilme de Membrana Aerada (MABR) como as Plantas de Tratamento de Efluentes Compactos Inteligentes Aspiral™ ambas da Fluence.

As propriedades ideais das configurações de membrana de tratamento de água são:

  • Realmente compacto
  • Baixa resistência ao fluxo tangencial
  • Distribuição uniforme de velocidade sem regiões mortas
  • Alta turbulência no lado retido para minimizar incrustações e ajudar na transferência de massa
  • Fácil manutenção e limpeza
  • Baixo custo unitário

David C. Sammon explica as capacidades das membranas em seu artigo Processos de Membrana::

Em geral, os processos de membrana oferecem a possibilidade de separar a água de vários tipos de solutos e separá-los pelo tamanho ou porque alguns são ionizados e outros não. Além desses casos em que é alcançado um alto grau de separação, há muitos em que a composição do material dissolvido é alterada. Um exemplo é a osmose reversa, onde o permeado tem um teor de sal consideravelmente reduzido.

Osmose Direta e Reversa

Ósmosis Inversadesignua/123RF

Na purificação da água as membranas são utilizadas na osmose e osmose reversa, entre outros processos.


A osmose direta, ou simplesmente osmose, é um processo físico no qual um solvente se move através de uma membrana semipermeável. É mais conhecido como o processo que as células usam para transportar água. A água está presente nos dois lados da membrana, com diferentes níveis de minerais dissolvidos nos dois lados. A água com a maior concentração de solutos é diluída naturalmente. Jean-Antoine Nollet, cientista e clérigo francês, observou pela primeira vez a osmose em 1748 e cunhou o termo com base nas palavras gregas endosmose e exosmose.

A osmose reversa (RO), pelo contrário, depende da pressão para forçar a água através de uma membrana, separando assim a água das impurezas. Uma pesquisa de 2018 realizada por profissionais da indústria sobre a eficácia das tecnologias de reúso de água colocou a RO entre as mais bem classificadas. Embora a RO seja frequentemente usada para dessalinização, também é usada para o tratamento de efluentes e reúso de água, bem como para a remoção de vestígios de fosfatos, cálcio, metais pesados e outras substâncias.

Microfiltração e Ultrafiltração

Nas tecnologias de membrana baseadas em partículas de bloqueio, incluindo microfiltração e ultrafiltração,o tamanho dos poros é importante porque determina o tamanho das partículas e micro-organismos que podem atravessar a barreira. As membranas de poros pequenos utilizadas na ultrafiltração bloqueiam proteínas, ácidos graxos, macromoléculas, bactérias, protozoários, vírus e sólidos em suspensão.

Desafios do Processo de Membrana

A eficácia do tratamento da membrana geralmente depende das condições da membrana. Por exemplo, para que as tecnologias de osmose reversa funcionem eficientemente, a manutenção da membrana deve ser impecável ou ela pode ficar suja com incrustações ou biofilmes, um problema eterno. Impurezas podem reduzir a eficácia e aumentar o consumo de energia. Muita pesquisa é dedicada ao design de membranas para resistir à incrustações através de revestimentos especializados e outros tratamentos, como a alteração da carga do material da membrana.

Em meados da década de 2010 pesquisadores em Israel desenvolveram um importante processo sem produtos químicos para evitar impurezas na membrana no processo de dessalinização de RO. O processo evita a incrustação da membrana, reduz os custos químicos e torna a dessalinização mais ecológica. O pré-tratamento com um filtro de bio-floculação rápida granular (RBF) em duas etapas, um bio-floculador de primeira etapa (BF) e um filtro de leito de mídia misto (MBF) evita agentes sujos cheguem à membrana.

Esta e outras à osmose reversa de água do mar (SWRO) fizeram que o processo seja muito mais rentável, o que gerou um crescimento global exclusivo da tecnologia.

Aproveitamento das Propriedades dos Biofilmes

As membranas usadas no tratamento e reúso de efluentes também são vulneráveis à incrustação de biofilme. A formação de biofilmes nas membranas de filtração e a obstrução resultante dos poros (incrustações biológicas) é um dos problemas mais difíceis enfrentados por estas operações.

Em algumas aplicações, a desinfecção de membranas a 85 °C é usada para manutenção sem produtos químicos. No entanto, em um reator de biofilme de membrana aerada (MABR), o biofilme é realmente usado para fazer o trabalho pesado no processo de tratamento. As membranas usadas no MABR, um tratamento biológico, são semipermeáveis em escala molecular para auxiliar na aeração sem bolhas, o que permite o crescimento robusto de micro-organismos úteis.

A membrana aerada em espiral vertical é permanentemente limpa com bolhas do fundo, o que evita o entupimento devido ao crescimento excessivo de biofilme.

Tratamentos Combinados

Os processos de membrana são frequentemente combinados com outros processos para fornecer soluções abrangentes de tratamento de água. Por exemplo, a instalação da Central Puerto em Buenos Aires, Argentina, precisava tratar a água do rio antes de ser utilizada em equipamentos industriais. A ultrafiltração foi usada em combinação com osmose reversa para criar água desmineralizada para a caldeira de alta pressão da planta. O processo de ultrafiltração ajudou a problemas de incrustação de membranas.

O tratamento da água de minas é outro exemplo de processos combinados. Normalmente, os efluentes das operações de mineração são extremamente altos no total de sólidos em suspensão e coloides. A ultrafiltração pode remover essas partículas para prepará-las para o tratamento com osmose reversa. Em alguns casos, a água passa por osmose reversa duas vezes para atingir as especificações finais e alcançar um tratamento completo da água.

Entre em contato com a Fluence para obter mais informações sobre nossas soluções avançadas baseadas em membranas para seus desafios relacionados com a água.

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  • Este campo é para fins de validação e não deve ser alterado.
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