A nanofiltração (NF) é o processo de separação por membranas, cuja técnica é capaz de separar sólidos imiscíveis e solutos que se encontram dissolvidos na água. A membrana atua como uma barreira seletiva, ou seja, permite apenas a passagem de determinados componentes, enquanto impede a passagem de outros. Essa técnica retém os sais bivalentes com 0,001µm molecular e requer pressão de trabalho entre 10 a 25 BAR. Podemos exemplificar este conceito comparando as membranas com filtros de café, porém, sendo uma malha muito mais fina ou pequenos poros para permitir a separação de pequenas partículas, mesmo moléculas. No fluxo cruzado a alimentação será dividida em duas linhas: permeado e retentado. As membranas de nanofiltração, geralmente, são preparadas a partir de poliamidas aromáticas, polisulfonas, e polietersulfonas. Algumas destas membranas, dependendo do tipo de material usado na preparação, apresentam-se carregadas positivamente ou negativamente. O material usado na preparação delas tem extrema importância, pois a transferência de espécies carregadas através desta não depende somente do tamanho dos íons, mas, também, de sua carga, assim como da carga superficial da membrana.
Uma das primeiras indústrias a aplicar essa tecnologia foi a indústria de alimentos. Introduziu-se a filtração por membranas nos processos comerciais, uma vez que, processos por membranas, são potencialmente não destrutivos, energeticamente eficientes (sem mudança de fase). Além disso, a nanofiltração pode ser aplicada para separar materiais anfotéricos (aminoácidos, proteínas, etc), pois a maioria das membranas NF comerciais mostraram desempenho de rejeição diverso para solutos a diferentes valores de pH.

Membrana de nanofiltração
A membrana de nanofiltração tem uma característica estrutural específica. Os materiais que constituem as diferentes partes das membranas desempenham um papel determinante nas suas principais propriedades, tai como: permeabilidade, seletividade e resistências mecânicas, térmica, química e à colmatação. Existem dois tipos de membranas: espiral e tubulares. As membranas em espiral (ao lado) são mais econômicas, porém, também, mais sensíveis à poluição. Já as membranas tubulares são mais usadas, pois têm uma boa relação custo e eficiência.
Em resumo, as membranas podem ser classificadas em duas categorias: as porosas e as densas, que não possuem poros e a permeação dos componentes ocorre através de espaços intermoleculares na matriz do material. Dentre outras características, ambos os tipos de membranas, podem ser simétricas ou isotrópicas, ou seja, apresentar as mesmas características morfológicas ao longo de sua espessura.
Apesar de já haver estudos envolvendo membranas há mais de um século, o desenvolvimento do processo em questão, bem como suas aplicações industriais, é recente, tendo se tornado uma
alternativa de separação a partir dos anos 70. Na década de 60 quando foi, inicialmente, desenvolvida para dessalinização da água do mar, na forma de sistemas de osmose reversa (ou osmose inversa, como também é conhecida), seguida da introdução da nanofiltração no processo de remoção de dureza e de cor da água, na década de 80. Já no início da década de 90 começou o avanço tecnológico em saneamento básico, quando foram lançados no mercado membranas de separação de partículas (microfiltração e
ultrafiltração), para a produção de água potável em escala comercial. Desde então, a utilização desta tecnologia tem crescido consideravelmente nos últimos anos.

Algumas aplicações da nanofiltração (NF)
Atualmente, é muito comum o uso da tecnologia de nanofiltração nas indústrias farmacêutica e alimentar, entre outros setores, como:
- Na mineração (concentração de íons metálicos);
- Biorrefinaria (recuperação de açucares);
- Além de ser bastante usada no tratamento de águas residuais, como a dessalinização parcial ou de consumo;
- Dessalinização parcial do soro, permeado ou retentado de ultrafiltração (UF) como exigido;
- Descoloração e eliminação de micropoluentes;
- Purificação dos químicos usados em clean-in-place (CIP);
- Redução ou alteração de cor em produtos alimentícios;
- Concentração de co-produtos de fermentação e concentração de alimentos, lácteos e produtos ou co-produtos da indústria de bebidas.
A aplicação da nanofiltração é indicada para:
- Abrandamento;
- Remoção de metais pesados de correntes de processo para reutilização de água;
- Redução do teor em sais de água ligeiramente salobra.

Além da tecnologia de nanofiltração, dentre os principais processos de separação por membrana estão: a ultrafiltração, microfiltração, osmose reversa, eletrodiálise e eletrodiálise reversa. Contudo, a nanofiltração apresenta características intermediárias entre a ultrafiltração e a osmose reversa, quando estas não são as melhores opções a nanofiltração costuma ser a mais usada. O mecanismo de transferência de massa é a difusão que permite que certas soluções iônicas (tais como: sódio e cloretos), predominantemente íons monovalentes, bem como a água, se propaguem.
Nos processos industriais a nanofiltração é usada para separar componentes específicos desejáveis ou indesejáveis do processo, tais como os agentes de coloração. Outra indicação de uso para a NF é o uso nos processos de extração de produtos vegetais em solução alcoólicas e aquosas. Esta tecnologia permite separar as moléculas de acordo com seus tamanhos específicos. A separação é obtida através da membrana e aplicação de um gradiente de pressão.
No processo de dessalinização parcial do soro, por exemplo, o produto a ser concentrado é pré-filtrado, resfriado (se estiver quente) e, em seguida, pressurizado para a passagem pelas membranas. Dependendo da concentração desejada pode ser necessária uma recirculação da solução.
De acordo com o gerente de marketing, Felipe Pinto, da Dow Water & Process Soluctions da América Latina, o processo de concentração de alimentos, lácteos e os produtos da indústria de bebida é, basicamente, o mesmo, mas com uma vantagem no uso da nanofiltração neste tipo de aplicação: é que como a corrente não precisa ser aquecida ou evaporada, a perda de proteínas e outros nutrientes por desnaturação ou degradação térmica é bem menor.
Na indústria dos lacticínios, o processo de nanofiltração é utilizada para concentrar e desmineralizar parcialmente o soro, técnica eficaz que para o gerente de negócios na área de membrana na Dinamarca, Frank Lipnizki e para a engenheira de vendas no Brasil, Ana Dias, da Alfa Laval Ltda, é um sucesso de case da empresa.
"Devido à seletividade das membranas a maioria dos íons monovalentes, os ácidos orgânicos, e parte da lactose irão atravessar a membrana. A nanofiltração é uma alternativa muito interessante para troca iônica e quando a desmineralização moderada é necessária. Uma vantagem em comparação com os outros processos de filtração por membrana é que a nanofiltração é um processo simples que promove desmineralização parcial do soro de leite e concentração deste ao mesmo tempo. O nível máximo de desmineralização por nanofiltração é de cerca de 35% de redução do teor de cinzas com um fator de concentração de cerca de 3,5 a 4", afirmam.


Nanofiltração x osmose reversa e ultrafiltração
A nanofiltração está entre a osmose reversa e a ultrafiltração. A principal vantagem é que permite que íons monovalentes passem pela membrana e íons divalentes ou multivalentes sejam retidos. Como dito, a vantagem do processo de nanofiltração sobre o de osmose reversa é o menor consumo energético do primeiro (ocorre redução de aproximadamente 20% de energia). Este é um dos principais motivos pelo qual a nanofiltração é um processo bastante promissor à indústria, principalmente a de bebidas, onde, normalmente, são exigidas reduções dos contaminantes dissolvidos e é necessário que partículas suspensas sejam finamente filtradas. As principais aplicações da nanofiltração na indústria de alimentos estão relacionadas à concentração e desmineralização de leite, concentração de sucos de frutas, recuperação de aromas de sucos de frutas e tratamento de águas residuais, provenientes de fábricas de bebidas. Segundo especialistas da área de negócios e engenharia da Alfa Laval Ltda, a maior desvantagem de filtração por membrana é a obstrução da membrana causando uma diminuição do fluxo e, consequentemente, uma perda de produtividade ao longo do tempo. "O efeito da incrustação pode ser minimizada através de realização de limpeza em intervalos regulares. Na indústria de alimentos, por exemplo, é comum ter pelo menos um ciclo de limpeza por turno em 24 horas. Outras ações para reduzir a incrustação estão diretamente relacionadas ao projeto da planta e operação. Durante o projeto da planta, a seleção de uma membrana de baixa contaminação, como membranas hidrofílicas, para reduzir a proliferação de bactérias e uso de módulos com tamanho de canal apropriado, evita o bloqueio da membrana por partículas e reduz o risco de incrustações e contaminação significativa. Outras limitações para a aplicação de processos de membrana pode estar relacionado com as características de alimentação, por exemplo, aumento da viscosidade com a concentração", pontuam. Dentre as vantagens do processo de nanofiltração estão o fato de que este remove com eficiência íons responsáveis pela dureza da água e não requer a utilização de produtos químicos; além de, também, promover a remoção de outros contaminantes, orgânicos e inorgânicos.
"Mas, a nanofiltração tem uma menor produção de água em relação aos demais processos, requer um nível elevado de pré-tratamento; água com elevada dureza pode resultar em perda da eficiência do sistema e ainda ocorre a geração de uma corrente de concentrado", alerta o gerente de marketing, Felipe Pinto, da Dow Water & Process Soluctions.
A escolha da técnica a ser usada depende do objetivo a ser alcançado na aplicação da mesma. Por exemplo, no tratamento de água, a ultrafiltração é indicada para a clarificação (remoção de sólidos suspensos e turbidez), a nanofiltração, para abrandamento, conforme mencionado, remoção de sulfatos e de cor e a osmose reversa para a desmineralização. Segundo ele, não é indicado o uso de membranas de osmose reversa e nanofiltração em águas com elevados teores de sólidos suspensos ou turbidez sem um prévio pré-tratamento.
Já com relação ao custo do processo de separação de membranas por nanofiltração, Felipe argumenta que o custo depende muito da aplicação, mas dependendo do objetivo, a relação custo-benefício da nanofiltração pode ser o diferencial. "A NF oferece algumas vantagens técnicas que não podem ser obtidas em outros processos, nestes casos, a relação custo-benefício é imbatível.".
No Brasil, a nanofiltração (NF) é bastante usada como opção para tratamento de fluidos de injeção na indústria do petróleo em Unidades de Remoção de Sulfatos (URS), cuja finalidade é reduzir os teores de sulfatos mantendo os níveis de salinidade total, presentes na água do mar, para usá-la como água de injeção. Assim, evita os efeitos maléficos do sulfato, como a proliferação de bactérias sulfato-redutoras – responsáveis pela formação do gás sulfídrico (H2S) de elevada toxicidade e corrosividade – e a incrustação de sais de sulfato na tubulação dos poços. Além disso, evita-se também o inchamento das argilas e a obstrução do meio poroso no reservatório causada pela ausência de salinidade na água de injeção. Isto é possível, graças à capacidade da nanofiltração de rejeição elevada ao sulfato e baixa rejeição aos íons monovalentes como cloreto, sódio e potássio.
Há uma tendência em usar esse processo para dessalinização, porque o sistema acaba sendo mais barato que a osmose reversa, devido à economia de energia já que a pressão de operação é bem inferior. No entanto, de acordo com Frank Lipnizki e Ana Dias da Alfa Laval, a opção por osmose reversa ou pela nanofiltração depende da fonte da água e a escolha influencia diretamente no resultado da potabilidade da água. "Na verdade uma das desvantagens de osmose reversa para a água de beber é que o permeado é mineral livre sendo que o corpo humano precisa de minerais. Assim, uma desmineralização parcial por nanofiltração pode proporcionar uma melhor água para consumo do que a osmose reversa", explicam.

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