A atual situação e a possibilidade de escassez dos recursos hídricos apontam para a necessidade do uso de tecnologias voltadas para o tratamento da água. É através desses novos adventos que se obtém, também, efluentes tratados que atendem não só aos padrões mundiais para que a água retorne aos copos d’água, mas também para seu reúso. Com toda a posição de racionamento desse bem natural, o custo tende a ficar cada vez mais elevado, conforme previsto em lei. Por conta disso, o mercado de água de reúso tem um futuro promissor e representa um potencial a ser explorado, tanto na agricultura quanto em empresas, onde a demanda de água não potável é grande.

Neste contexto, surgiram os biorreatores com membranas, o MBR (a sigla significa Membrane Bio Reactor). “Isso quer dizer que não se trata de uma ultrafiltração direta e sim de um sistema biológico completo em que as membranas de ultrafiltração fazem parte integrante do processo de digestão de matéria orgânica”, comenta Eng. Eduardo Pacheco, gerente comercial da GE Water & Process Technologies.
Segundo o Eng. José Corrêa do Carmo Junior, Técnico Comercial da Centroprojekt do Brasil, combinando os benefícios da degradação biológica às vantagens dos processos de separação por membranas, o MBR funciona como um filtro que deixa passar através dela somente água, alguns íons e moléculas de baixo peso molecular, barrando os sólidos e bactérias. “Mas para a água estar tratada, depende do tratamento feito dentro do reator antes da ultrafiltração das membranas”, explica o engenheiro.
O MBR pode ser utilizado para efluentes tipo sanitários e industriais, mas com algumas restrições e limites quanto a tipos de solventes, gorduras e cálcio, por exemplo. Só a partir de uma pesquisa minuciosa junto aos clientes, seus hábitos, práticas e o tipo de água final necessária, poderão traçar quais características o sistema precisa ter.
“Por ser um tratamento biológico, os efluentes devem ser biodegradáveis. Com relação à carga biológica, podemos tratar efluentes com baixa carga, como os esgotos sanitários, e também efluentes de alta carga, como de cervejarias ou indústrias alimentícias”, explica Pacheco.

O Mercado de MBR
Hoje, o mercado de MBR está aquecido em diversas partes do mundo. Já no Brasil, as empresas especializadas nestes projetos ainda focam apenas em “cases” que buscam sistemas de qualidade de resíduos ou resíduos zero. “No momento, com exceção da Petrobras e agora da SANASA (de Campinas), as ETE com estes sistemas são pequenas. Mas estamos apenas no começo, e conforme os custos da tecnologia diminuirem por conta da expansão de consumo, maior será este mercado”, diz Eng. José Corrêa.
Segundo Pacheco, são inúmeros os casos de sucesso, inclusive para esgotos domésticos e indústrias grandes. “A Petrobras está instalando o maior MBR do Brasil na refinaria REVAP, de São José dos Campos, que deve iniciar suas operações em maio de 2009. O mercado de sistemas MBR cresce de forma exponencial no mundo todo, seja pelas qualidades dos efluentes tratados, pela redução de área ocupada ou pelo elevado grau de automatização e, cada vez mais, também pelo preço”, explica.
Nos últimos anos houve uma grande evolução não só no número de estações que utilizam MBR, como também na capacidade destas estações.

Funcionamento
Esta tecnologia é geralmente empregada com o módulo de membranas acoplado a um reator biológico aeróbio. O processo de tratamento é quase o mesmo que ocorre num sistema de lodos ativados convencional. Pacheco cita algumas diferenças.
“O volume do tanque de aeração é muito menor, já que trabalhamos com concentrações de sólidos suspensos quatro vezes maiores. Conseqüentemente, a área total ocupada é muito menor, ainda mais por não termos decantadores, e sim tanques de membranas de ultrafiltração, que são infinitamente menores”.
O funcionamento do sistema MBR varia conforme o tipo de membrana. Por exemplo, pode operar submerso, externo ao reator, com bombas de sucção e somente pela coluna hidráulica, no caso dos submersos. “A Centroprojekt usa em seus projetos membranas da Kubota (Japão) e nossos sistemas são compostos por membranas planas submersas, podendo operar com baixo consumo de energia usando somente a pressão hidráulica da coluna acima das membranas”, diz o Eng. José Corrêa.
Segundo informações divulgadas pela Koch Membrane Systems, o processo consiste em três estágios:
1. Pré-tratamento mecânico;
2. Tratamento biológico;
3. Filtração por membrana.
Os módulos de membrana submersa normalmente são instalados em um tanque de membrana na descarga do biorreator (veja figura abaixo).
Segundo dados da empresa, após as impurezas maiores terem sido removidas pela filtragem mecânica, as águas servidas são introduzidas no biorreator, que pode consistir em múltiplas zonas: anaeróbico, anóxico e aeróbico. Após algum tempo de permanência suficiente no biorreator, a biomassa é transferida para o tanque de membrana, onde a água tratada é separada da biomassa.
As membranas servem como barreira física para sólidos em suspensão e microorganismos, substituindo a clarificação no tratamento de esgoto convencional. O lodo ativado é introduzido por baixo dos módulos de membrana submersos para gerar um padrão de fluxo. A água limpa, ou o permeado, flui através das membranas por meio de uma bomba que cria um vácuo no interior da fibra. O lodo ativado concentrado permanece no tanque de membrana, sendo reciclado de volta para o processo biológico, a fim de manter a concentração desejada no tanque e nas diversas etapas do tratamento biológico.
“Há uma peneira fina, de aproximadamente 3 mm, para não deixar entrar sólidos grosseiros no reator. No caso de alguns efluentes industriais, temos que ter um tratamento primário antes das peneiras”, comenta o Eng. José Corrêa, da Centroprojekt do Brasil.

Vazão
A tecnologia MBR trabalha sem limite de vazão. “Basta colocar área de membranas suficiente para permear a vazão desejada. Quanto à carga, vai depender do tipo e a capacidade de remoção do sistema projetado”, explica o Eng. José Corrêa. O que precisa ser levado em consideração são questões de ordem econômica, como diz Eduardo Pacheco, gerente comercial da GE Water & Process Technologies. “A limitação prevalece com base no comparativo de custos de implantação e operacionais. De qualquer forma, os sistemas do tipo MBR estão cada vez mais competitivos”.

Limpeza
A limpeza de manutenção é totalmente automática, ocorrendo normalmente de uma a quatro vezes por mês. Segundo a Koch Membrane, durante essa atividade, um grupo individual sofre uma reversão de fluxo com produtos químicos, inicialmente com vazão elevada por curto período de tempo, seguida de outra por período mais longo e vazão inferior, também com produtos químicos.

Opções
Existem diversos tipos de membranas de ultrafiltração, mas uma das mais utilizadas são as do tipo fibra oca, que quando projetadas para fluxo de fora para dentro, fazem com que o lodo ativado permaneça do lado de fora, e o permeado limpo passe através da membrana, coletado no interior da fibra oca. Ainda segundo informações da empresa, o vácuo é aplicado na parte interna da fibra e a água limpa é extraída através das paredes da membrana, de onde vai para a distribuição. O tamanho nominal do poro da membrana é aproximadamente 0,05 µm. A disposição assimétrica da estrutura dos poros (veja figura), reduz a resistência hidráulica da membrana e assegura elevadas taxas de filtração.
“Há ainda membranas desse tipo que trabalham sob pressão. Estas membranas pressurizadas são mais indicadas e, em geral, apresentam mais problemas quando trabalham com cargas elevadas de sólidos suspensos”, explica Eduardo Pacheco.
O MBR vem sendo adotado também para o pré-tratamento de água do mar, sendo o permeado encaminhado para o processo de osmose inversa.
A melhor qualidade do efluente gerado pelo MBR resulta em fluxos mais elevados na osmose inversa e em intervalos maiores entre ciclos de limpeza química.
 

Vantagens
Os módulos de membrana têm sido usados não apenas para substituir a função dos decantadores, como também dos difusores.
Módulos submersos no tanque de aeração podem ser operados da seguinte forma: enquanto o permeado é extraído por um módulo, o outro é alimentado com ar comprimido para a realização de retrolavagem. Desta forma, além da limpeza freqüente da membrana também acontece a aeração, transferência de oxigênio elevada e eficiente.
Como os custos das membranas são praticamente proporcionais à capacidade volumétrica da estação, a redução nos gastos com aumento da escala é proporcionalmente menor que para estações convencionais de tratamento.
Já se a instalação de MBR for feita em locais sem sistema de coleta e tratamento de efluentes, a instalação vem a ser vantajosa, caso seja aproveitado o menor custo, característico da instalação em estações de pequena capacidade, minimizando investimentos elevados em redes coletoras.
Na visão do Eng. José Corrêa, MBR é o futuro do tratamento de efluente. Ele pontua que nos EUA e Europa os sistemas já são uma realidade. “Mas no Brasil, estamos apenas começando”, comenta.