TRATAMENTO POR MEMBRANAS 2020-01-03T22:22:31-03:00

TRATAMENTO POR MEMBRANAS 

A Tecnologia de Membranas filtrantes vem sendo cada vez mais aplicada no tratamento de águas e efluentes líquidos, permitindo o reúso para diversas finalidades.

As membranas são utilizadas para separar fases, isto é, partículas sólidas de pequenas dimensões, óleos emulsionados, microorganismos (bactérias e vírus), moléculas orgânicas de alto e baixo peso molecular, gases, bem como íons, 

As membranas são formadas por uma fina camada de material semi-permeável que é usada para a separação de solutos quando uma pressão transmembrana é aplicada através da membrana. O grau de seletividade é amplamente baseado na carga e porosidade da membrana. As membranas com poros simétricos são mais uniformes, enquanto os poros assimétricos têm diâmetros de poros variáveis.

As membranas de filtração podem ser classificadas em 4 categorias principais: Microfiltração, Ultrafiltração, Nanofiltração e Osmose Reversa. 

⇒ A microfiltração é comumente usada como uma etapa de pré-tratamento ou clarificação antes de outros processos de membrana para a remoção de gorduras e macromoléculas grandes.

⇒ A ultrafiltração permite a remoção de todas as bactérias, além de alguns vírus, e é comumente usada em toda a indústria de laticínios e alimentos para a concentração de proteínas e sucos.

⇒ As membranas de nanofiltração e osmose reversa são um tipo de compósito de filme fino e são comumente usadas em aplicações de dessalinização devido à sua capacidade de separar sais monovalentes e divalentes.

MicrofiltraçãoUltrafiltraçãoNanofiltraçãoOsmose Reversa
BactériasProteínasAmidosÍons Monovalentes
VírusAmidosAçúcaresAçúcares
Sólidos SuspensosAntibióticosPesticidasSais aquosos
Emulsões OleosasVírusHerbicidasCorantes Sintéticos
Crystopotidium Silica ColoidalPirógenos
OrgânicosÍons divalentes
BactériasOrgânicos
Óleo SolúvelMetais Pesados
Biomassa de lodo ativadoDetergentes

Tabela de peso molecular

Membranasg/mol ( daltons)
Microfiltração (MF)~ 100.000
Ultrafiltração (UF)~ 6.000
Nanofiltração (NF)~ 200
Osmose Reversa (OR)< 200

Os principais tipos de módulos são:

Membranas de Placa Plana 

Membranas de placas planas são usadas em sistemas de Biorreatores de Membrana (MBR) nos últimos 25 anos. Membranas de placa plana são aparafusadas juntamente com uma moldura ao redor do perímetro; semelhante a um trocador de calor ou filtro prensa. Existem dois tipos de configurações de placa e membrana da estrutura; beco sem saída e fluxo cruzado. Nos sistemas de placas e estruturas sem saída, a solução de alimentação flui perpendicularmente à membrana, enquanto os sistemas de fluxo cruzado são feitos para que o fluxo seja tangencial à parede da membrana. A folha de membrana é soldada por ultrassom em ambos os lados de uma placa de plástico. Estas placas são montadas em uma unidade de membrana submersa e espaçadas em cerca de 1/4 “. O permeado passa através da unidade de membrana a partir do lado de fora. O ar da bolha de ar é aspergido entre as placas para evitar que sólidos se acumulem nas placas e desaguá-las. 

As Membranas de placa plana são usadas em aplicações de Biorreator de Membrana (MBR). Trabalham submersas a água.

Funcionamento

Como o fluxo é perpendicular à membrana, a separação da placa e da membrana da estrutura funciona através de um processo chamado filtragem de bolo. A filtragem começa quando a solução de alimentação passa pelas placas do filtro e cria um acúmulo de sólidos na superfície do filtro. Esse acúmulo, ou camada de torta, reduz a abertura efetiva do tamanho dos poros do filtro e ajuda a melhorar a filtração da solução de alimentação.

Para sistemas de placas planas de estrutura de fluxo cruzado, a incrustação da membrana é significativamente menor porque o fluxo é tangencial e não requer o uso de drenagens exclusivas de concentrado. Ele trabalha com os princípios básicos do fluxo cruzado, onde a alimentação entra em um lado da membrana revestida e o concentrado se acumula na outra extremidade da placa. O permeado viaja através da membrana e se acumula no interior da placa de suporte.

É preciso ter cuidado para manter o biofilme nas membranas para evitar falhas.

Vantagens

Algumas vantagens principais dos sistemas de membrana de placa plana incluem sólidos capazes de serem facilmente separados da água e fácil remoção / limpeza das superfícies do filtro. Certos sistemas de placa plana de fluxo cruzado permitem que as placas sejam giradas, permitindo mais forças de cisalhamento e redução de incrustações. Os filtros também não possuem espaçadores de alimentação, o que reduz o potencial de incrustações e normalmente podem lidar com altas concentrações de sólidos. Outra vantagem significante é a facilidade operacional do sistema de placa plana, a simplicidade do sistema faz com que ele seja o referido dos operadores.

Membrana Em Espiral

Utilizados quando se requer pressões altas e intermediárias, ou seja, nanofiltração (NF) e osmose reversa (OR).

As membranas e os espaçadores são enrolados em volta de um tubo coletor central de permeado, perfurado em toda a sua extensão. A alimentação é feita através de canais delimitados por membranas dos dois lados.

Os elementos enrolados em espiral podem ser usados para uma variedade de aplicações diferentes, incluindo concentração de proteína de soro de leite, concentração de lactose, recuperação de tinta catódica / anódica, dessalinização e concentração de corantes, remoção de sulfato e separação de óleo em aplicações de águas residuais, entre muitas outras. 

Funcionamento

A alimentação atravessa os canais de fluxo tangencialmente ao longo de todo o comprimento do elemento filtrante. O filtrado de menor peso molecular que o limite  passará através da superfície da membrana para o espaçador do permeado, onde é transportado pelo espaçador do permeado em direção ao tubo do permeado. O restante da alimentação fica concentrado no final do corpo do elemento. 

Vantagens

Os elementos enrolados em espiral vêm em várias configurações com diferentes espaçadores, tipos de membrana, comprimentos e diâmetros que permitem que ele seja usado em uma ampla variedade de aplicações. Esses elementos têm uma densidade de filtração por área de membrana muito elevada, superando as configurações de placa plana, tubular e de fibra oca. As membranas espirais também permitem uma limpeza fácil através da limpeza no local (CIP). Além disso, os elementos enrolados em espiral oferecem o melhor valor por área de membrana, menor espaço ocupado, design robusto que evita a ruptura da membrana (em comparação com a fibra oca) e possui custos operacionais e de capital relativamente baixos.

Membranas Tubulares

Nesta configuração, um módulo contempla tubos de diâmetro variável e construídos com material poroso que proporcionam resistência mecânica e a pressão operacional. Esse tipo de membrana é raramente usado para água ou esgoto porque outros sistemas oferecem um maior fluxo por área filtrante. São usadas na maioria das vezes em separação química, e tem sido usado para a remoção de grandes moléculas.

São projetados para aplicações com níveis extremos de sólidos suspensos e podem concentrar até 60% de sólidos. Projetos tubulares têm áreas de membranas mais moderadas, mas módulos maiores foram desenvolvidos para acomodar maiores volumes de alimentação. 

As membranas tubulares são conhecidas por sua construção robusta, longa vida útil da membrana e altas taxas de fluxo. De todos os tipos de membrana, eles são mais robustos e podem ser submetidos a altas pressões em aplicações exigentes. As membranas tubulares são retrolavadas em algumas aplicações. Com pressões de Backwash de até 15 psi, o grande fluxo na direção reversa remove eficientemente os sólidos da superfície da membrana.

Os módulos tubulares funcionam através de fluxo cruzado tangencial e geralmente são usados para processar fluxos de alimentação difíceis, como aqueles com sólidos dissolvidos altos, sólidos em suspensão altos e / ou óleo, graxa ou gorduras. Eles geralmente têm tubos OD de ½ ”a 1” que são embalados individualmente em um invólucro de PVC longo e podem ser à base de polímero ou cerâmica.

Funcionamento

Os módulos tubulares consistem em no mínimo dois tubos; o tubo interno, chamado tubo de membrana, e o tubo externo, que é a concha. O fluxo de alimentação atravessa o comprimento do tubo de membrana e é filtrado para o invólucro externo enquanto o concentrado se acumula na extremidade oposta do tubo de membrana. Eles são comumente usados para aplicações como tratamento de águas residuais oleosas, MBR e outros processos de alto teor de sólidos.

Nos sistemas de Biorreator por Membrana (MBR), as membranas tubulares são montadas verticalmente. Uma bomba de recirculação alimenta o licor misto do biorreator para o fundo de cada módulo onde o ar é injetado, atuando  como uma bomba de transporte aéreo aumentando a velocidade que ajuda a limpar as membranas. A mistura de limpeza é retirada do topo de cada módulo e é devolvida ao biorreator (ou à zona anóxica, se a desnitrificação estiver ocorrendo).

A retrolavagem com água permeada é iniciado em um ciclo programado para cada banco de módulos. Isso remove qualquer biofilme formado no interior dos tubos de membrana, mantendo assim as taxas de fluxo. Esta configuração de membrana permite uma operação de baixa energia. O ar é injetado na parte inferior do módulo, criando um efeito de transporte aéreo que aumenta a turbulência dentro dos tubos. Uma retrolavagem cíclica dos módulos de membrana mantém um fluxo consistente.

Vantagens

Os sistemas tubulares têm menos incrustações em comparação com os sistemas de placa plana, e uma quantidade semelhante de incrustações quando comparados as espirais. Os sistemas tubulares permitem métodos de limpeza robustos, como o uso de produtos químicos agressivos, retrolavagem e até limpeza mecânica, que podem não estar disponíveis para outras configurações do sistema. 

Membranas de Fibra Oca

Membranas de fibra oca possuem diâmetros de menores que 0,5mm. Assimétricas, autosuportantes e suscetiveis  à contralavagem. São utilizados para microfiltração ou ultrafiltração em uma grande variedade de diâmetros de fibras e de materiais. Sua geometria permite inserir em módulos compactos uma grande área de filtração.

As membranas de fibra oca podem suportar pressões muito altas do lado de fora, mas são limitadas pela pressão exercida do interior da fibra, portanto as taxas de retrolavagem são limitadas a cerca de duas vezes a taxa de permeado normal

As membranas de fibra oca são aplicadas em aplicações de água limpa e também são usadas em biorretores de membrana(MBR), mas estão limitadas a concentrações mais baixas de sólidos e trabalham submersas dentro do tanque, como as membranas de placa plana.

Funcionamento

A filtragem de fibra oca funciona seguindo o mesmo princípio das configurações tubulares e espirais, mas utiliza um pequeno diâmetro do tubo que permite flexibilidade. Aplicações comuns para membranas de fibra oca incluem MBR, pré-tratamento de RO, água industrial / efluentes líquidos industriais, esgoto sanitário, processamento de suco e diversas outras aplicações.

Vantagens

As membranas de fibra oca apresentam uma alta taxa de fluxo de permeado por área de membrana devido ao pequeno diâmetro do fio. Devido à flexibilidade dos fios, são possíveis determinadas configurações de filtro que não podem ser obtidas em outras configurações de filtragem. Eles também podem ser lavados a partir do lado do permeado e lavados com ar e podem processar fluxos de alimentação com alto teor de sólidos suspensos totais (SST).

 

 

 

CONTEÚDO TÉCNICO

 
 
 
 
 

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