Com o avanço da tecnologia, as técnicas para o tratamento de água e efluentes têm se tornado cada vez mais eficazes, garantindo mais qualidade e segurança ao efluente tratado. Entre os avanços tecnológicos do setor, destacam-se as membranas de Ultrafiltração, em especial, a Osmose Reversa (OR). 

Atualmente, a Ultrafiltração é bastante utilizada nos sistemas de Membrane Bioreactor (MBR),  onde substituem o decantador secundário nos sistemas de lodo ativado convencional. Mas, também podem ser utilizadas como um sistema de tratamento terciário, ou seja, filtrando o efluente que já passou por um tratamento biológico. Entre as substâncias removidas pelas membranas de ultrafiltração, estão: algas, bactérias, leveduras, alguns corantes, biopolímeros, vírus e alguma sílica coloidal.

A Ultrafiltração é uma espécie de barreira física que tem como objetivo remover os sólidos suspensos coloides e vírus presentes na água. A filtração ocorre por meio da passagem da água pelas membranas de Ultrafiltração que permite que as moléculas de água, sais, cor, etc., permeiem através das mesmas, retendo as impurezas presentes na água de alimentação. 

Neste processo de filtração, a força motriz é o diferencial de pressão que direciona a passagem do fluido (gás ou líquido) pelos poros de uma membrana. "A membrana é uma barreira física com corte de peso molecular que pode variar de 10 kDa a 200kDa, dependendo da finalidade e da qualidade desejada para o filtrado. As pressões de operação nessa modalidade são baixas, de 0,5 a 4,5 bar", explica o representante da Pentair, Eduardo Reis.

No tratamento de efluentes com ultrafiltração geralmente opta-se pelo uso de um MBR (membrane bioreactor). Apesar do nome, é importante deixar claro que as membranas não ficam dentro do biorreator, e sim externas a ele. "A Ultrafiltração é bastante utilizada nos sistemas MBR onde substituem o decantador secundário nos sistemas de lodo ativado convencional. Também podem ser utilizadas como um sistema de tratamento terciário, ou seja, filtrando o efluente que já passou por um tratamento biológico", comenta Marcel. 

Existem dois tipos principais de membranas nesse segmento, as membranas submersas e as enclausuradas. As membranas submersas, como o próprio nome indica, operam submersas em um tanque à parte, que ocupa um espaço adicional na planta e expõe os operadores ao efluente, mas permite o uso de uma maior quantidade de membranas, gerando uma área total superficial de filtragem maior. "Estas operam com a filtração de fora para dentro, o que significa que a água permeia para o interior das membranas, e o material retido fica do lado de fora", diz Eduardo. 

Já as membranas enclausuradas são instaladas em skids e isolam totalmente possíveis contaminantes dos operadores, produzindo um ambiente de trabalho mais limpo, seguro e reduzindo área instalada. Além disso, podem ser instaladas horizontalmente ou verticalmente, com ou sem o auxilio da injeção de ar para aumentar a remoção de material depositado na parede da membrana, permitindo uma operação mais eficiente por mais tempo. "Estas podem operar tanto com sentido de filtração de dentro para fora, quanto de fora para dentro. A sentido de dentro para fora oferece uma alta performance a baixos consumos energético e de químicos", comenta Eduardo. 

As membranas de Ultrafiltração integram uma ampla família de membranas, entre as quais se destacam as de microfiltração, nanofiltração e osmose reversa. 

A osmose reversa é o nível mais elevado de filtração disponível atualmente. Trata-se de uma operação por membranas que visa, por meio de um alto diferencial de pressão, inverter fluxo natural de passagem de água de um meio menos concentrado para um mais concentrado. "O sistema de osmose reversa tem por objetivo remover os sais dissolvidos (cátions e ânions) presentes na água. Utilizando uma bomba de alta pressão a água bruta é introduzida na membrana e se divide em dois fluxos, um de água tratada com baixa salinidade, chamado de permeado, e outro de alta salinidade chamado de concentrado. O concentrado é continuamente descartado", explica Marcel.

A membrana de osmose reversa age como uma barreira a todos os sais e moléculas inorgânicas dissolvidas, como também moléculas orgânicas com um peso molecular maior que aproximadamente 100. 

Nessa operação, baseando-se na concentração inicial de sais presente na solução que se deseja filtrar, define-se a pressão de operação do sistema, que pode chegar a 80 bar em aplicações de dessalinização de água do mar. "A osmose é responsável, então, pela retenção de sais monovalentes e solutos de baixíssimo peso molecular, diferentemente da nanofiltração e microfiltração, que não possuem capacidade para remoção de moléculas tão pequenas", afirma Eduardo.

Entre as membranas  disponíveis no mercado, as que mais se destacam são as de osmose reversa, nanofiltração e microfiltração. Entretanto, a osmose reversa é considerada como a opção mais elevada de filtração. 

Isso porque, embora a nanofiltração também seja um processo de separação por membranas, as membranas deste processo apresentam cut-offs correspondentes a poros com cerca de 1 nanômetro. Isso significa que, enquanto a osmose reversa rejeita todos os íons, a nanofiltração permite a passagem de certos íons (tais como: sódio e cloretos), predominantemente íons monovalentes. Íons bivalentes e multivalentes, e moléculas mais complexas são amplamente retidas. 

Já a microfiltração é totalmente diferente da nanofiltração e da osmose reversa. "Enquanto estas tecnologias removem contaminantes dissolvidos no fluido, a microfiltração, por ser apenas uma barreira física, retém apenas os sólidos que estiverem em suspensão", indica Marcel. Confira no quadro, a comparação entre o grau de retenção de cada uma destas tecnologias. 

Além de ser o nível mais elevado de filtração disponível nos dias de hoje, as membranas de osmose reversa ainda oferecem inúmeras vantagens ao tratamento de efluentes. O processo utiliza um baixo consumo de químicos e consegue tratar efluentes com alta salinidade. "A osmose reversa permite a remoção de sais dissolvidos na água (inclusive os monovalentes), a remoção material coloidal, como sílica, que é um grande problema na alimentação de equipamentos que trabalham a alta pressão, pesticidas e herbicidas e qualquer outra molécula com peso molecular superior a 300 Da", ressalta Eduardo.  

Já as principais desvantagens do processo são o alto gasto energético, devido à alta pressão necessária para sua operação e também a baixa recuperação apresentada em sistemas com um único estágio.

O mercado da ultrafiltração vem crescendo, com o barateamento da tecnologia e a presença de casos de sucesso ao redor do mundo. "É crescente o interesse das empresas em investir em novos sistemas de tratamento ou na melhoria dos sistemas existentes para que seja possível o reúso do efluente tratado, reduzindo assim a vazão de efluente descartado e de água captada", analisa Marcel.

Entretanto, apesar das inovações tecnológicas e do aumento de interesse, esse segmento ainda não expandiu todo o seu potencial. "Infelizmente ainda há certa resistência por meio de conservadores que preferem manter seus projetos dentro de sua zona de conforto e também casos em que o custo de implementação ainda é considerado elevado. 

A novidade vem com a inovação constante nos produtos oferecidos para essa operação como, por exemplo, a tecnologia Helix da Pentair, que reduz significativamente o custo energético da operação de membranas crossflow para MBRs", afirma Eduardo. 

A tecnologia Helix é a novidade do ano da Pentair. A inovação será aplicada em nas membranas tubulares da empresa, com tubos de diâmetro interno a partir de 5,8 mm. "Essas membranas são voltadas para processos com altas cargas de sólidos suspensos, como é o caso de um MBR. As membranas confeccionadas com a tecnologia Helix apresentam um cume helicoidal no interior dos tubos que é responsável pelo aumento da turbulência no interior dos mesmos, o que auxiliará na remoção do material depositado na parede das membranas, enquanto opera-se a velocidades crossflow mais baixas. O resultado disso é uma grande diminuição nos gastos operacionais e um aumento significativo na produtividade", indica Eduardo.

No segmento de Osmose Reversa, a Pentair Codeline fabrica vasos de pressão de plástico reforçado em fibra de vidro há 49 anos. "Praticamente todas as inovações que surgiram nesse segmento partiram dela, entre eles podemos citar o travamento rápido dos cabeçotes, a tecnologia de substituição das portas de alimentação e concentrado de vasos com portas laterais por meio de rocas, e o modo como os vasos são confeccionados proporcionando um interior mais uniforme e liso", diz Eduardo Reis. 

A Mann+Hummel se destaca no mercado por produzir membranas de MBR que combinam as principais vantagens das tecnologias disponíveis no mercado. "Nossas membranas de MBR são únicas, pois apesar de serem planas, elas são retrolaváveis e por isso combinam as vantagens da Hollow Fiber e das Placas Planas", indica Marcel. A combinação destas duas tecnologias resulta em benefícios como: pré-tratamento simples, auto regeneração da membrana, fácil limpeza, aeração com bolhas finas, possibilidade de limpeza mecânica, entre outros. 

Mann+Hummel: www.mann-hummel.com