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Transformação de membranas de Osmose Reversa descartadas em membranas recicladas de Ultra e Nanofiltração

Publicado em 19/12/2018 às 07:04:29

O modelo econômico atual é baseado no modelo linear: “take-make-consume-and dispose”.

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Os processos industriais que usam a tecnologia de membrana não são exceção ao modelo econômico atual e as membranas tendem a ser descartadas quando a relação de fluxo/qualidade da água é irrecuperável.

No processo de dessalinização, a porcentagem de substituição anual de membranas é em torno de 10 a 20%. Isso, juntamente com o crescimento contínuo da tecnologia de osmose reversa, está criando um acúmulo ininterrupto de membranas de osmose reversa no final de sua vida útil. Estima-se que anualmente no mundo sejam descartados cerca de 840.000 módulos de membranas de Osmose Reversa (14.000 toneladas por ano).

Geralmente, as membranas que chegaram ao final de sua vida útil, embora gerenciadas de acordo com a legislação de cada país, normalmente acabam em aterros sanitários. O descarte de resíduos em aterros é uma prática pouco eficiente, dispendiosa e prejudicial ao meio ambiente. Além disso, está em conflito direto com os objetivos da União Europeia em avançar para um sistema de economia circular e alcançar uma sociedade de reciclagem intercontinental.

O objetivo do projeto TRANSFOMEM é o de aumentar a sustentabilidade dos sistemas de tratamento de água usando membranas, melhorando a sua durabilidade e reduzindo os custos ambientais associados a essa tecnologia. Isto é conseguido através da reciclagem, com métodos ecologicamente corretos, das membranas de osmose reversa (OR) usadas na dessalinização, transformando e usando as mesmas como membranas de Ultrafiltração (UF) e Nanofiltração (NF).

Metodologia

Para poder realizar o estudo das membranas, o primeiro passo é fazer uma autópsia abrindo a módulo para realizar a extração dos cupons. Em seguida, mediante diferentes técnicas analíticas como Análise Termogravimétrica (TGA) e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (ATR-FTIR), é possível conhecer em profundidade o processo de transformação das membranas descartadas de Osmose Reversa.

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Transformação em escala piloto

  • Métodos de reciclagem passiva e ativa foram avaliados em escala piloto.
  • Em ambos os casos, as metodologias são reproduzíveis obtendo resultados semelhantes quando diferentes modelos de membrana são transformados.
  • Ao comparar ambas as metodologias (ver figura abaixo), os resultados mostram que ambas as metodologias são robustas obtendo um desempenho de processo semelhante ao das membranas recicladas em termos de coeficientes de rejeição e permeabilidade.

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Resultados obtidos na transformação de membranas de Nanofiltração em escala piloto usando os métodos ativo e passivo

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Pilotos de Validação

A implementação das membranas recicladas de Ultrafiltração e Nanofiltração foram validadas em três diferentes aplicações:

  • Tratamento terciário de efluentes urbanos. Validação feita na estação de tratamento de esgoto de Guadalajara, Espanha

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  • Dessalinização de água salobra usando membranas de Nanofiltração recicladas. A validação foi realizada na usina de dessalinização de Cuevas del Almanzora, Almería, Espanha.

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  • Pré-tratamento prévio ao estágio de dessalinização por Osmose Reversa usando membranas de Ultrafiltração recicladas. Validação realizada na planta de dessalinização de Mutxamel-El Campello, Alicante, Espanha.

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Membranas recicladas de Nanofiltração para dessalinização de água salobra

  • Dois tubos de pressão real da estação de dessalinização, foram adaptados para realizar experimentos a longo prazo, tratando água salobra natural (BW) na estação de dessalinização de Cuevas del Almanzora.
  • Cada tubo de pressão continha 6 membranas recicladas: membranas para água do mar recicladas (RSW, expostos a 33.500-46.000 ppm. h) e membranas de água salobra (RBW, expostos a 6.200 ppm. h).
  • As membranas recicladas foram comparadas com as membranas de Osmose Reversa do primeiro estágio, usado na estação ao mesmo tempo.
  • Resultados promissores foram obtidos com o uso de membranas recicladas (ver figuras abaixo)
  • As membranas recicladas mostraram fluxos estáveis após 15 – 30 dias de operação.
  • As membranas RSW mostraram um desempenho de processo semelhante ao das membranas Osmose Reversa comerciais.
  • As membranas RSW podem ser reutilizadas como membranas de sacrifício.
  • O rendimento das membranas RBW é semelhante ao das membranas comerciais de Nanofiltração.
  • As membranas RBW podem ser reutilizadas em vários processos de Nanofiltração, como por exemplo, produção de água para agricultura, irrigação (campos de golfe, áreas recreativas etc.) ou como pré-tratamento de Osmose Reversa.

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Membranas de Ultrafiltração recicladas para tratamento de efluentes urbanos

  • As membranas descartadas de Osmose Reversa, recicladas para membranas de Ultrafiltração, foram usadas para tratar o efluente secundário da estação de tratamento de esgoto de Guadalajara.
  • Foram testadas três diferentes configurações de membranas:

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O filtro de membrana Star-Sep ™ (https://mantecfiltration.com/star-sep-membranes/) foi desenvolvido especificamente para uma microfiltração cruzada eficiente. A forma exclusiva de “estrela” do canal de filtro aumenta a área de filtração e induz a turbulência em velocidades de fluxo cruzado mais baixas. Isso não só diminui o volume em comparação com um canal circular do mesmo diâmetro, mas também resulta em uma redução da necessidade de energia de bombeamento. A rentabilidade do processo é, portanto, substancialmente melhorada.

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Fonte: Mantec Filtration

A recuperação de água usando membranas recicladas de Ultrafiltração foi alcançada de

forma satisfatória em todos os casos estudados.

  • A água recuperada obtida, atingiu a qualidade exigida pela Legislação espanhola sobre reutilização de água (RD 1620/2007).
  • As alfaces irrigadas com água recuperada cresceram mais, atingindo pesos mais elevados.
  • A configuração em espiral foi a que mostrou a melhor resistência mecânica, tendo o maior tempo de vida entre as três configurações estudadas.
  • Os protocolos de limpeza testados mostraram que as configurações em espiral semiaberto e em estrela não devem ser limpas por retrolavagem, porque podem danificar as membranas.

Os protocolos de limpeza química foram mais eficientes para limpar os módulos de configuração em espiral.

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Fluxo de permeado e Pressão Trans-Membrana (TMP) das membranas do modelo TM720-400 com configuração em espiral (esquerda), semiaberta (centro) e estrela (direita).

Membranas de Ultrafiltração Recicladas como Pré-tratamento de Osmose Reversa

  • As membranas recicladas de Ultrafiltração foram estudadas como pré-tratamento de Osmose Reversa em escala piloto usando água do mar. A validação foi realizada na usina de dessalinização Mutxamel-El Campello, na Espanha.
  • As membranas recicladas de água do mar e salobra com configuração em espiral foram estudados no modo “dead-end” (sem fluxo de concentrado), mantendo o fluxo de permeado constante (20 – 50 LMH).
  • Os ciclos de limpeza (retrolavagem e/ou fluxo direto) foram aplicados considerando o tempo filtragem. Foram aplicadas soluções de hipoclorito de sódio nos ciclos de limpeza química quando o valor de TMP aumentou 10-15% em relação ao valor inicial.

O modelo de membranas de água salobra foi o mais favorável em termos de fluxo de água e economia de energia.

Evolução da TMP para diferentes membranas recicladas de UF a 20 LMH

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Evolução da TMP para diferentes fluxos de filtração

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Quais os efeitos positivos da reciclagem de membranas para o meio ambiente?

A Análise do Ciclo de Vida (ACV) foi utilizada para avaliar o equilíbrio ambiental da reciclagem de membranas. Os resultados padronizados (em relação ao impacto homólogo das membranas comerciais) dos diferentes pilotos, produtos e design das membranas de Osmose Reversa são mostrados na figura a seguir.

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  • A reciclagem de uma membrana de Osmose Reversa descartada, mostra um impacto ambiental menor do que a produção de um novo módulo de membrana.
  • A pegada de carbono e o consumo de recursos fósseis com a produção de membranas recicladas de ultrafiltração / nanofiltração é 40-60 vezes menor do que a produção de novas membranas comerciais.
  • O consumo de água durante a reciclagem da membrana é 20 vezes menor, comparando com a fabricação de novas membranas comerciais.

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Quanto Custa a Reciclagem de Membranas?

O preço do processo de reciclagem, incluindo a sua caracterização, varia entre dois pilotos (ver tabela).

  • O preço das membranas recicladas é 10 vezes menor que o das novas membranas comerciais, o que é uma excelente vantagem econômica.
  • O processo de reciclagem de membranas é ambientalmente e economicamente benéfico com apenas 1-2 anos de vida útil das membranas recicladas.
  • A transformação passiva é mais competitiva e ambientalmente mais favorável do que a transformação ativa.

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Graças à execução do Projeto Life Transfomem, foi possível demonstrar que a reciclagem de membranas de osmose reversa descartadas é tecnicamente e economicamente viável, bem como ambientalmente positiva, podendo levar a uma mudança na gestão destes resíduos em um futuro próximo.

Vídeo de Autopsias de membranas, veja abaixo:

O projeto LIFE TRANSFOMEM, “Transformación de membranas desechadas de ósmosis inversa en membranas recicladas de ultrafiltración y nanofiltración” foi concluído em junho de 2018 e co-financiado pela Comunidade Europeia através do instrumento financeiro LIFE +, com o contrato n. LIFE13 ENV / ES / 000751.

Foi coordenado pelo grupo de tecnologia de membranas do Instituto IMDEA Agua e também com a participação das empresas SADYT e VALORIZA Agua.

 

Fonte: Instituto IMDEA Agua Water, Relatório Layman LIFE TRANSFOMEM

Traduzido por Gheorge Patrick Iwaki


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