Resumo

Os compostos nitrogenados: nitrato, nitrito e amônia, são contaminantes que quando em excesso na água são impróprios para o consumo humano. A ingestão pode causar metamoglobina, câncer de estômago, câncer de mama e câncer de bexiga. O presente trabalho propõe o estudo da adição do processo de filtração com membrana de osmose inversa no sistema convencional de tratamento de água, afim de atingir os parâmetros de potabilidade exigidos pela legislação brasileira para os compostos (10 mg.L-1 de N como nitrato, 1,0 mg.L-1 de N como nitrito e 1,5 mg.L-1 de N como amônia) e manter a qualidade, conforme a probabilidade de estreitamento destes limites, conforme tendência mundial. Os resultados obtidos foram comparados com as demais técnicas citadas pela literatura como satisfatórias neste objetivo: troca iônica, adsorção, eletrodiálise e nanofiltração. Foram realizados ensaios de compactação, permeabilidade hidráulica e posteriormente ensaios de rejeição. Os ensaios foram realizados à 6 bar em triplicata com soluções individuais e mista dos compostos, sendo coletadas em três tempos para posterior quantificação para cálculo de rejeição observada. A solução mista apresentou valores satisfatório de rejeição observada da mesma maneira que as individuais demonstrando que a interação de um maior número de compostos com a membrana não prejudicou a eficiência do método proposto, atingindo em todos os ensaios rejeição observada superior a 90%. A elevada permeabilidade hidráulica obtida, de aproximadamente 12 L.m-2.h-1.bar-1, indica a possibilidade do uso da técnica em escala industrial.

Introdução

Os compostos nitrogenados são originados por três fontes principais: aplicação de fertilizantes nitrogenados e outros processos agrícolas, deposição atmosférica e contaminação por efluentes domésticos e industriais. Concentrações elevadas de nitrato, nitrito e amônia estão vinculados à incidência de doenças e problemas ambientais, tais como: câncer de estômago, bexiga, mama, síndrome do bebê azul, acidificação do solo, toxidade dos peixes, eutrofização, efeito estufa, smog e chuva ácida (BAIRD; CANN, 2011)[2].

Com o crescimento populacional, o tratamento de água para consumo humano se torna cada vez mais imprescindível. As estações de tratamento captam água dos mananciais e são projetadas para minimizar características como cor, odor, turvação, bactérias e outros contaminantes prejudiciais à saúde, no entanto, não possuem uma etapa específica destinada a remoção dos compostos nitrogenados. Fato este que está mais urgente devido ao estreitamento dos parâmetros aceitos pelas legislações mundiais para estes compostos.

Devido à maior concentração de nitrato do que nitrito e nitrogênio amoniacal nas reservas de água mundiais e pelo fato do ciclo do nitrogênio tender naturalmente à conversão para estados mais oxidados, os trabalhos normalmente abordam a remoção de nitrato com maior ênfase. No entanto, considerando a importância que os demais estados de oxidação apresentam, principalmente se a captação de água for próxima a fontes de contaminação, este trabalho quantificará também a remoção de nitrito e nitrogênio amoniacal utilizando membranas filtrantes de osmose inversa.

Segundo Schneider e Tsutiya (2001)[14] as membranas filtrantes são uma inovação tecnológica no tratamento de água, sendo o primeiro grande avanço comparado aos métodos de tratamento convencionais utilizados desde o século passado. A membrana de osmose inversa possui tamanho de poros inferior a 10 Å, o que limita a passagem da maioria dos compostos presentes. Em contraponto a NF, a OI relaciona não somente o diâmetro, mas as cargas iônicas no processo de separação (BAIRD, 2002[1], SCHNEIDER; TSUTIYA, 2001, HOANG; STEVENS; KENTISH, 2010)[10].

Inicialmente o processo de transporte através da membrana era o método convencional (dead-end), também conhecido como transversal. O fluído era forçado a passar pela membrana sob pressão, como o acúmulo de partículas na superfície da membrana é intensa, a pressão deve ser elevado para diminuir o fouling, fazendo com que a membrana tenha que ser substituída rapidamente. Posteriormente o método tangencial (crossflow) foi introduzido no processo, também conhecido como fluxo cruzado. Apesar de ser um método mais complexo, a formação de fouling é minimizada (BAKER, 2004)[3].

Um dos maiores limitantes para a utilização de membranas é a formação de fouling: acúmulo de sólidos na superfície ou matriz da membrana. Conforme Habert, Borges e Nobrega (2006)[9], os principais fenômenos que ocorrem é: deposição na superfície da membrana, entupimento de poros e adsorção.

As membranas sofrem compactação mecânica do início do seu uso. É importante forçar essa compactação com o objetivo de eliminar variações de fluxo durante o processo que poderiam ter sido controladas. A força motriz é o gradiente de pressão aplicado que é diretamente proporcional ao fluxo do permeado. A permeação da membrana deve ser realizada com um solvente puro para que a interação com a membrana seja mínima. Para uma dada pressão, o fluxo deve ser constante indicando uma estabilidade da membrana utilizada (DIEL; TESSARO, 2010)[7].

Devido à polarização por concentração, a concentração na superfície da membrana (Cm) é maior do que a concentração na alimentação (Co). Este estudo é chamado de teoria do filme ou modelo de filme polarizado, em que Co aumenta para Cm quando a espessura ( ) cada camada polarizada esta mais próxima da membrana.

De acordo com o balanço de massa, chega-se na equação 1:

(…)

Autores: Taciane F. Ribeiro; Ana P. Vanin; Nathália F. Livinalli; Mára Zeni e Camila Baldasso.