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Determinação do fluxo crítico e fluxo limite em membrana de microfiltração utilizada no pós-tratamento de esgoto doméstico

Resumo: Os conceitos de fluxo crítico e fluxo limite representam um importante avanço para a tecnologia de membranas filtrantes, pois permitem a identificação de condições operacionais ótimas para o controle do fouling, um dos principais obstáculos na aplicação de membranas para o tratamento de água e esgoto. Neste estudo, o método de degraus de pressão foi aplicado a um sistema de membrana de microfiltração alimentado com efluente de filtro anaeróbio a fim de determinar os fluxos crítico e limite. Durante os experimentos, aumentou-se a pressão gradativamente até um valor máximo e em seguida ela foi diminuída até o valor inicial, enquanto o fluxo permeado foi medido. Foram definidos três parâmetros de fouling calculados a partir dos resultados do teste de degraus de pressão: fluxo médio no degrau (Jm), taxa de fouling (dJ/dt) e aumento inicial de fluxo (ΔJ0). Os resultados mostraram valores de fluxo menores, para uma mesma pressão, na fase descendente do que na fase ascendente, indicando a formação de uma camada de fouling irreversível. Além disso, o Jm não atingiu um patamar de estabilização, que seria o indicativo do fluxo limite. Como a velocidade tangencial do sistema não pôde ser mantida constante, a taxa de fouling (dJ/dt) diminuiu com o aumento da pressão, afetando os resultados de ΔJ0, que indicariam a determinação do fluxo crítico. Concluiu-se que não é possível determinar o fluxo crítico e o fluxo limite sem a velocidade tangencial constante.

Introdução: O uso da tecnologia de membranas tem crescido durante as duas últimas décadas, resultado da considerável diminuição do consumo de energia e dos custos de construção e operação de sistemas de membranas e, ao mesmo tempo, do significativo aumento da disponibilidade, da eficiência e da confiabilidade de novas membranas e sistemas. Apesar da tecnologia de membranas apresentar-se como uma das principais tecnologias emergentes para o tratamento de água e de esgoto [1], o fouling, acúmulo de material retido ou precipitado na superfície da membrana, é considerado atualmente o maior obstáculo para a aplicação dessa tecnologia [2, 3, 4]. A principal consequência da ocorrência do fouling em membranas é o aumento da resistência hidráulica, que se manifesta através do declínio do fluxo permeado ou aumento da pressão, quando o processo é operado sob pressão constante ou fluxo constante, respectivamente [2]. Ambos fenômenos são indesejáveis, pois fluxos baixos são pouco lucrativos e pressões altas requerem um grande consumo de energia, resultando em altos custos de operação. Desta maneira, se faz necessária a identificação de condições operacionais apropriadas, que minimizem a ocorrência do fouling e permitam a produção de fluxos rentáveis a pressões moderadas. Para tanto, uma estratégia interessante é a operação do sistema de membranas em condições abaixo fluxo crítico, valor de fluxo que faz a delimitação entre uma região de baixa taxa de fouling e alta taxa de fouling [5, 6]. Para a determinação do fluxo crítico, a prática mais comum é a utilização dos métodos de degraus de fluxo ou de degraus de pressão, que consistem em aumentar incrementalmente a pressão, no caso do método de degraus de pressão, enquanto observa-se o comportamento do fluxo permeado ou vice-versa, para o método de degraus de fluxo [7, 8, 9, 10]. A partir do método de degraus de pressão, também é possível determinar o valor do fluxo limite, um dos conceitos mais antigos relacionados à filtração por membranas, que corresponde ao fluxo a partir do qual um aumento na pressão causa pouco ou nenhum aumento no fluxo permeado [11, 12]. O fluxo limite, portanto, é também um importante parâmetro para a escolha de condições operacionais apropriadas para a operação de um sistema de membranas. Neste estudo, aplicou-se o método de degraus de pressão para a determinação dos fluxos crítico e limite em um sistema de membrana de microfiltração alimentado com efluente de filtro anaeróbio, a fim de estabelecer as condições de operação ótimas para o sistema.

Autora: Amanda Tobias Costa de Oliveira.

Leia o estudo completo: determinacao-do-fluxo-critico-e-fluxo-limite-em-membrana-de-microfiltracao-utilizada-no-pos-tratamento-de-esgoto-domestico