Entre as diversas opções de meios filtrantes existentes no mercado, as membranas são uma das mais conhecidas e utilizadas. Isso porque são capazes de separar substâncias que os filtros convencionais não conseguem reter.
Por terem poros de dimensões variadas, as membranas servem tanto para a separação de partículas quanto para fracionar moléculas de diferentes pesos. "Membranas são barreiras físicas capazes de controlar a passagem ou retenção de diferentes substâncias dependendo do problema de tratabilidade a ser resolvido", afirmou Roberto Bentes de Carvalho, diretor executivo da PAM Membranas Seletivas Ltda.
Segundo Bentes de Carvalho, as membranas podem ser feitas de diversos materiais orgânicos e inorgânicos, tais como polímeros, cerâmicos, carbeto de silício, aço inox, dentre outros. "Em função do seu menor custo e da sua flexibilidade em obter diferentes morfologias de membranas, os materiais poliméricos dominam hoje mais de 95% do mercado mundial de membranas", disse o especialista. A maioria é fabricada a partir de materiais poliméricos como Poliamida (PA), Polietersulfona (PES), Fluoreto de Polivinilideno (PVDF) ou outros compostos que utilizam combinações de mais materiais.
Entre as aplicações mais comuns das membranas no setor de saneamento, estão a produção de água potável; tratamento de água para fins industriais; pré-tratamento de sistemas de dessalinização de água do mar; polimento de efluentes e tratamento de efluentes.
As membranas também são usadas por outros segmentos, como biotecnologia, farmácia, indústria alimentícia e de bebidas, purificação de ar e hemodiálise. Recentemente, as membranas começaram a ser aplicadas inclusive na indústria automobilística para a etapa de pintura cataforética, que exige ultrafiltração.
Dependendo do tamanho dos poros, cada membrana recebe uma classificação e uma aplicação.  Atualmente, no mercado, existem as membranas de Osmose Inversa, Ultrafiltração, Microfiltração e Nanofiltração. Elas também podem ser placa plana, espiral, capilares e tubulares.

Biorreatores com membranas (BRM ou MBR) é a integração direta entre os processos biológicos utilizados no tratamento de efluentes e a microfiltração ou ultrafiltração. As membranas substituem o processo de decantação normalmente utilizado, promovendo uma retenção de 100% da biomassa e garantindo uma água tratada de melhor qualidade que pode ser utilizada em reúso secundário (descarga; torres de refrigeração; irrigação; lavagens em geral; dentre outros usos). Nessa configuração, os biorreatores podem ser operados em concentrações até 10 vezes maiores de biomassa, o que reduz significativamente o espaço ocupado pela solução completa.

 
Tipos de membranas
Osmose Inversa: A membrana de Osmose Inversa possui pequenos poros pelos quais atravessam apenas pequenas moléculas, como a água. Por ter a capacidade de reter até íons, esse tipo de membrana é aplicada para purificação de água. Principal aplicação: Dessalinização de água do mar e de água salobra.
Ultrafiltração: Essa categoria de membranas é utilizada para processos de concentração, diálise e purificação, principalmente em trabalhos com macromoléculas, como proteínas. Um dos usos mais recorrentes para as membranas de ultrafiltração é no tratamento de água para reúso. Com as membranas de ultrafiltração é possível chegar a padrões de alta qualidade, superiores, algumas vezes, aos da água potável. Principal aplicação: Utilização em biorreatores com membranas (BRM) para tratamento de esgoto sanitário e efluentes industrias visando reúso da água tratada.
Nanofiltração: Esse tipo de membrana é mais fino do que a de ultrafiltração, mas não tão fino como a de osmose reversa. O diâmetro dos poros é da ordem de 0,001 µm. O mecanismo de separação não é apenas o de filtração, pois também envolve solubilidade e difusão. A pressão osmótica começa a ter influência sobre o fluxo de solvente através da membrana. Esse tipo de membrana é recomendável para operações de abrandamento, tratamento de água e operações industriais para concentração de sucos de frutas, açúcares e leite. Principal aplicação: Desulfatação da água do mar para injeção em poços de petróleo.
Microfiltração: A membrana de microfiltração é usada para a separação de sólidos suspensos na água e também pode ser utilizada como proteção das membranas de nanofiltração e de osmose reversa. As membranas de microfiltração são uma barreira física segura de retenção de microrganismo, bactérias e materiais em suspensão, mas permitindo a passagem da água e dos componentes solúveis presentes. Principal aplicação: Utilização em biorreatores com membranas (BRM) para tratamento de esgoto sanitário e efluentes industrias visando reúso da água tratada.

Vida útil
Não dá para determinar exatamente a vida útil, ou seja, o prazo de validade, de uma membrana. Geralmente, essa característica é medida pela capacidade de filtração da membrana, o que é influenciado pelo nível de agressividade que a membrana terá que suportar durante as operações.
Um fluido com grande quantidade de material em suspensão, por exemplo, levará a um entupimento precoce dos poros da membrana, reduzindo sua vida útil.
Em média, uma membrana de Ultrafiltração, Nanofiltração e Osmose Inversa dura três anos, mas o material do qual elas são feitas também influencia muito na vida útil. "Pode variar de 1 a 5 anos, dependendo das condições operacionais e do que esteja sendo processado pelas membranas", afirmou Bentes de Carvalho.





Limpeza e manutenção
As membranas filtrantes exigem limpezas periódicas para manter seu funcionamento regular. As limpezas são feitas com soluções ácidas e alcalinas, dependendo do tipo de membrana, que circulam dentro delas em tempo, pH e temperatura determinados. As soluções retiram, física e quimicamente, os materiais depositados nas superfícies das membranas.
O objetivo desse processo é solubilizar as partículas retidas no processo de filtração, desbloqueando os poros das membranas e retomando sua capacidade de fluxo.
"Os equipamentos de microfiltração e ultrafiltração funcionam com ciclo de filtração e limpeza por retrolavagem, visando minimizar os fenômenos inerentes de incrustação. A retrolavagem é eficiente até um determinado momento, quando se torna necessário a limpeza química das membranas. O material a ser utilizado nessa limpeza química depende do que está sendo processado no equipamento, podendo ser: materiais oxidantes (hipoclorito) para remoção de materiais biológicos; soda pH 10 para remoção de materiais biológicos resistentes; ácido cítrico pH 3 para remoção de materiais inorgânicos; e tensoativos para remoção de óleo & graxa", disse Bentes de Carvalho, da PAM Membranas.
"Já os equipamentos de nanofiltração e osmose inversa não possuem retrolavagem, sendo utilizada apenas a limpeza química. Essas membranas possuem baixa resistência a materiais oxidantes, sendo necessário remoção dos mesmos previamente. O mesmo ocorre para materiais em suspensão, que devem ser removidos nas etapas de pré-tratamento", explicou.
As membranas da Pentair, por exemplo, funcionam da seguinte maneira: "As membranas capilares operam em regime de filtração e contra lavagem e após determinado número de ciclos que podem ser de 8 a 48 horas, dependendo da qualidade da água, o sistema tem que parar para realizar um CEB (chemical enhanced backwash). As tubulares usadas em sistemas MBR, operam com prazos maiores entre as limpezas, que podem ser estimadas de 1 a 3 meses", informou a empresa.
Alguns tipos de membranas, no entanto, como as usadas em laboratórios, são descartáveis e, portanto, não precisam de limpeza.




Vantagens
O uso de membranas para tratamento de água e efluentes gera uma filtração de alta qualidade, acima inclusive dos tratamentos convencionais, segundo explicou Ricardo Pinheiro, gerente de Vendas da Pentair Advanced Water. "Podemos citar como exemplo as membranas de Ultrafiltração, que retêm bactérias e vírus, característica importante quando usadas em tratamento de água para fins potáveis. Outra característica do sistema é que o permeado gerado tem SDI (Silt Density Index) menor que 3, o que significa uma água de excelente qualidade para alimentar sistemas de Osmose Reversa", afirmou Pinheiro.
Outra vantagem das membranas, de acordo com Pinheiro "é que elas ocupam áreas menores que as convencionais, são limpas e confiáveis, desde que trabalhem dentro dos limites do projeto". "Na questão financeira, o investimento neste tipo de sistema é maior que os sistemas convencionais, mas o retorno sobre o investimento é em média de três anos, devido às baixas despesas operacionais", informou o gerente de vendas da Pentair Advanced Water.
O diretor Executivo da PAM Membranas Seletivas, Roberto Bentes de Carvalho, também destacou as vantagens dos sistemas: "Os processos com membranas são tecnologias limpas, sendo a separação realizada fisicamente, com gasto reduzido de químicos, o que reduz ainda o OPEX do projeto implementado. Os processos são robustos, apresentando estabilidade operacional e água tratada com excelente qualidade. São processos compactos e que apresentam facilidade de aumento de capacidade de produção", disse.

Custos
É difícil se chegar a um valor exato dos custos de implantação e manutenção dos processos com membranas, já que uma solução completa exige muitas variáveis, como: capacidade das estações; necessidade de combinar mais de um processo com membranas ou processos convencionais; grau de automação dos equipamentos; tubulações utilizadas; requisitos de pressão e temperatura; dentre outros.
"Analisando apenas o custo das membranas, para a nanofiltração e osmose inversa, temos o preço do m² hoje próximo a R$ 50,00. Já para a microfiltração e ultrafiltração esse preço pode chegar até R$ 200,00/m²", disse Bentes de Carvalho, ressaltando que o ideal é o cliente procurar uma solução completa, com orçamento que englobe tudo.


Mercado
Devido à versatilidade das membranas de filtração, a técnica tem sido cada vez mais usada no Brasil, recebido novas aplicações e registrado aumento de demanda. As empresas que comercializam membranas no Brasil importam o produto finalizado ou importam membrana em rolos para ser usada como matéria-prima na fabricação dos elementos filtrantes.  
"Em sua grande maioria, as empresas presentes no mercado brasileiro são importadoras de membranas. A PAM é a única empresa da América Latina a produzir membranas com tecnologia própria, possuindo hoje em seu portfólio membranas e módulos de microfiltração e ultrafiltração", disse Bentes de Carvalho, da PAM Membranas.
A Pentair Advanced Water, por sua vez, trabalha com membranas fabricadas na Holanda e comercializa no mercado brasileiro dois modelos de membranas, as capilares e tubulares, de PES e PVDF:
Modelos Capilares (Aquaflex e Xiga): São recomendados para o tratamento de águas (superficiais, poço, água do mar e polimento de efluente).
Modelos Tubulares (Crossflow e Airlift): São recomendados para o uso em tratamento de efluentes, os quais farão parte de sistemas MBR, onde as membranas farão a separação dos sólidos provenientes do reator do efluente tratado.

Contato das empresas:
PAM Membranas: www.pam-membranas.com.br
Pentair: www.pentair.com