É utilizada para remover sólidos em suspensão, incluindo bactérias, da água a ser tratada. Parte da contaminação viral também pode ser retida, mesmo que os vírus sejam menores que os poros da membrana, pois podem aderir às bactérias e ser removidos em conjunto. Esse processo permite uma redução significativa da turbidez da água.

A retenção ocorre por meio da passagem da água através de um material poroso ou de uma membrana, podendo operar em dois tipos de fluxo: dead-end ou crossflow.

• Nos sistemas dead-end, o funcionamento é semelhante ao dos filtros multimídia: as partículas se acumulam na superfície e no interior do meio filtrante, produzindo uma corrente de água tratada.
• Nos sistemas crossflow (sempre com membranas), o fluxo se divide em duas correntes: uma paralela à membrana, que arrasta os sólidos retidos, e outra que atravessa a membrana, gerando a água purificada.

Os filtros de cartucho (tipo dead-end) são frequentemente utilizados como proteção de equipamentos instalados a jusante, como sistemas de osmose reversa ou nanofiltração, e após filtros de mídia, como filtros multimídia. Esses filtros não removem sólidos dissolvidos, sendo eficazes apenas para partículas em suspensão, como bactérias, macromoléculas e sólidos suspensos, permitindo a passagem de coloides, vírus, dureza, cor, pesticidas e sais.

São sistemas simples, que não requerem manutenção, apenas a substituição periódica dos cartuchos (normalmente a cada três meses, dependendo da qualidade da água). Um critério comum para a troca é quando a perda de carga ultrapassa o limite especificado pelo fabricante.

Os meios filtrantes podem ser fabricados em polipropileno, celulose, fibra de vidro ou nylon, enquanto as carcaças podem ser de aço inoxidável, plástico ou acrílico, conforme as pressões e vazões de operação. Existem filtros sanitários, múltiplos, absolutos e nominais. Um filtro absoluto de 5 microns, por exemplo, retém cerca de 99,99% das partículas desse diâmetro, enquanto um filtro nominal de 5 microns retém aproximadamente 90%.

Os filtros de membrana operam em regime tangencial: o fluido de alimentação se divide em uma corrente permeada e outra concentrada. Em determinadas aplicações, como na produção de sucos, a corrente concentrada pode ser o produto desejado. As pressões de operação variam normalmente entre 1 e 25 kg/cm², dependendo do fluido a ser filtrado.

Na microfiltração, são comuns membranas do tipo fibra oca, por exigirem menor pressão de operação e, consequentemente, menor custo de bombeamento. Os diâmetros internos das fibras variam entre 0,5 e 8 mm, podendo operar de dentro para fora ou vice-versa, cada configuração com suas vantagens específicas.

As membranas possuem poros entre 0,3 e 10 microns e, devido à sua estrutura aberta, sofrem menos os efeitos de polarização de concentração em comparação com membranas de nanofiltração ou osmose reversa.

A limpeza é realizada por contralavagem com água filtrada e, na maioria das aplicações, complementada com limpeza química in situ, sem necessidade de remoção das membranas, facilitando a operação e manutenção.

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