OSMOSE REVERSA
A utilização de membranas filtrantes, como a osmose reversa, vem aumentado consideravelmente nos últimos anos no Brasil, principalmente em estações de tratamento de efluentes (doméstico e/ou industrial).
Isto vem ocorrendo, principalmente, em função da excelente qualidade da água e/ou efluente tratado, possibilitando o reuso de água nas indústrias e/ou residências, por exemplo.
A osmose reversa é um processo de separação (física) por membranas usado no tratamento de efluentes ou água para remover contaminantes de difícil remoção (principalmente, sais) em tratamento biológicos e/ou físico-químicos, produzindo uma água de excelente qualidade. O processo envolve sempre a aplicação de pressão em um efluente através de uma membrana semipermeável, que permite a passagem de água enquanto rejeita os contaminantes.
Nesse caso, o solvente flui, através de uma membrana semipermeável, do meio mais concentrado para o menos concentrado e isola-se do soluto. É, portanto, um processo inverso ao que ocorre naturalmente durante a osmose, onde a água flui de um meio menos concentrado (hipotônico) para outro mais concentrado (hipertônico).
Para fornecer a pressão (osmótica) necessária, que pode variar de 10 a 150 bar, é necessário um sistema de bombeamento a montante da OR. A elevada pressão na alimentação se dá em função do tamanho dos poros da membrana semipermeável. Conforme pode ser visto na imagem, quanto menor o diâmetro dos poros, maior é a pressão.
QUANDO UTILIZAR?
O uso da Osmose Reversa é indicado nos casos em que a qualidade final da água deve ser de ótima qualidade: sem presença de matéria orgânica, sais, vírus, coliformes, pesticidas, entre outros que não são removidos, por completo, com tratamento biológico ou físico-químico (incluindo outros tipos de membranas). Por este motivo, a água tratada por osmose reversa pode ser reutilizada na irrigação, banheiros, processos produtivos e reuso em geral. Porém, antes de reusar a água, é importante verificar os limites impostos pelas legislações ambientais para cada finalidade de reuso. Pois, dependendo do caso (irrigação, por exemplo), pode ser requerido uma etapa adicional, como a troca iônica, por exemplo, para diminuição da condutividade e alguns íons específicos.
A Osmose Reversa também é muito utilizada em plantas de dessalinização e desmineralização de água, principalmente em regiões com escassez de água.
A Tabela 1, a seguir, apresenta a qualidade final da água esperada após passagem por um sistema biológico seguido de uma Ultra Filtração e Osmose Reversa.
| PARÂMETRO | LODO ATIVADO COM UF + OR |
| SST (mg/L) | ≤ 1,0 |
| Sólidos Dissolvidos (mg/L) | ≤ 5,0 – 40,0 |
| DBO (mg/L) | ≤ 1,0 |
| DQO (mg/L) | ≤ 2,0 – 10,0 |
| COT (mg/L) | ≤ 0,1 – 1,0 |
| Nitrogênio amoniacal (mg/L) | ≤ 0,1 |
| Nitrogênio nitrato (mg/L) | ≤ 1,0 |
| Nitrogênio nitrito (mg/L) | ≤ 0,001 |
| Fósforo (mg/L) | ≤ 0,5 |
| Turbidez (NTU) | 0,01 – 1,0 |
| COVs (µg/L) | ≤ 1,0 |
| Metais (mg/L) | Traços |
| Coliformes (N/100 mL) | ≈ 0,0 |
| Virus (PFU/100 mL) | ≈ 0,0 |
ASPECTOS CONSTRUTIVOS
Usualmente, as membranas de Osmose reversa são construídas em três camadas de Poliamida (0,2 µm), Polisulfona (40 µm) e Poliéster (120 µm). As camadas são divididas por espaçadores, separando-se as “zonas” de alimentação e de permeado, conforme mostra a Figura 3, a seguir.
O fluxo de água dentro da OR é tangencial, ou seja, paralelamente a superfície da membrana de filtração, conforme mostra a Figura 4, a seguir. Deste modo, valores mais elevados de fluxo do permeado são atingidos devido a uma contínua remoção do material retido na membrana, não permitindo que haja deposição de material sobre a membrana.
Fonte: Telles, 2016.
A membrana de permeado é enrolada em volta do coletor de permeado, de modo que assume uma forma em espiral (Figura 5). Ao final do enrolamento, há um tubo coletor de água tratada.
Outro aspecto construtivo importante é a montagem e a escolha do vaso de pressão, pois, conforme dito anteriormente, o sistema de osmose reversa trabalha com pressões elevadas. Usualmente, as membranas e os vasos de pressão são construídos com diâmetros de 2,5”, 4” e 8”, sendo o comprimento do vaso de pressão de 40”. Normalmente, o material dos vasos de pressão são feitos em fibra de vibro, porém, é possível encontrar, em aço inox.
No mais, recomenda-se que a montante da instalação do sistema de Osmose Reversa, seja instalado um Filtro de cartucho com abertura de até 10,0 um. Se houver o risco de fouling com sílica coloidal ou silicatos de metais, o recomendável é que este filtro seja com aberturas menores.
BALANÇO DE MASSA, FLUXOGRAMAS e NOMENCLATURAS TIPICAS
Para compreender melhor o funcionamento de um sistema de Osmose Reversa, a Figura 6, a seguir, apresenta um balanço de massa com algumas nomenclaturas típicas.
Inicialmente, temos que a carga (vazão x concentração) de poluentes na alimentação da membrana é dividida em duas linhas: permeado (água tratada) e concentrado (rejeito).
Num sistema de Osmose Reversa, parte da água a tratar é descartada como rejeito ou concentrado. Denomina-se esta parcela como “concentrado”, pois é uma parte que contém os sais retirados do fluxo de água produzida ou permeado.
A compreensão desta tecnologia é muito importante, pois muitas vezes os clientes acreditam que toda a água a tratar será transformada em permeado. Isto implicaria numa recuperação de 100%, o que não existe na prática (em torno de 75,0%), além do que, implicaria em um desaparecimento dos sais que, na verdade, são concentrados e descartados via rejeito.
Para aumentar a quantidade de água recuperada, ou seja, “produzir mais água tratada”, deve-se adicionar mais (2º estágio) membranas de osmose reversa na linha de concentrado, de modo que parte deste rejeito seja permeado e recuperada como água tratada. Deste modo, consegue-se recuperar uma maior parte de água de alimentação e reduzir ainda mais o volume de rejeito.
Caso a intenção seja obter uma água de melhor qualidade, é possível introduzir mais membranas na linha de permeado. Este tipo de configuração é denominado de “Passo”, e, portanto, quanto mais “Passo(s)” o sistema tiver, menor será a recuperação.
A quantidade de rejeito depende fundamentalmente da qualidade da água a tratar e de suas características físico-químicas.
Além destas duas configurações, ainda é possível recircular uma parte da vazão de concentrado de volta para a entrada do sistema de OR, conforme mostra a Figura 9, a seguir.
Embora esta configuração produza menos rejeito/concentrado, e, consequentemente, redução de custos de transporte de rejeitos, não existe “mágica” no sistema de OR, pois em algum momento haverá a saturação de sais na entrada do sistema e assim haverá um aumento nos procedimentos de lavagens químicas das membranas, diminuindo a recuperação.
PARAMETROS DE ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL
Os principais parâmetros que devem ser verificados durante a operação, são: pressão de alimentação; vazão de alimentação e permeado; fluxo de permeado, turbidez, temperatura, pH, COT e SDI (sólidos dissolvidos). Além disso, recomenda-se que a alimentação das membranas seja livre de cloro.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
As principais vantagens estão relacionadas a:
- Ocupar pouca área;
- Reter íons, vírus e bactérias;
- Efluente de excelente qualidade;
- Operação automática.
Já as principais desvantagens, são:
- Consumo elevado de energia, por conta da bomba de alta pressão; e
- Requer maior atenção e cuidados operacionais.
Por fim, para um bom projeto deve-se ter um conhecimento detalhado das características da água a tratar, mediante análises completas que permitem uma escolha das membranas mais adequadas e de configurações que permitem recuperações mais elevadas.
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Fonte: H2O Engenharia
