O que é ultrafiltração de água?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

Uma forma eficaz de purificar a água é forçá-la através de membranas semipermeáveis. Os processos de filtração são classificados de acordo com o tamanho das partículas a serem separadas:

• microfiltração através de membranas com poros de 0,05 a 10 mícrons;
• ultrafiltração - poros de 0,001 µm a 0,05 µm;
• osmose reversa e nanofiltração - poros de 1 nm e abaixo.

A ultrafiltração da água é projetada para remover microrganismos e inclusões macroscópicas que não passam pelos poros da membrana.

O mecanismo tradicional dos filtros de preenchimento é baseado na limpeza por gravidade. A ultrafiltração é semelhante à peneiração por uma peneira porosa, onde todas as partículas de maior diâmetro são separadas.

Tipos de membrana

Os elementos filtrantes são folhas planas ou fibras com capilares. Através dos primeiros, é realizada principalmente a ultrafiltração de águas residuais, e os segundos são destinados àtratamento de água.

As fibras são feitas principalmente de canal único, com diâmetro interno de cerca de 0,8 mm. Eles estão sujeitos a estresse frequente e podem ser destruídos por retrolavagem. As fibras multicanal contêm vários capilares e são significativamente mais fortes.

Membranas são feitas de polímeros como poliéstersulfona. Seus parâmetros podem ser alterados adicionando outros materiais sintéticos. A ampla faixa de pH dos líquidos processados possibilita a limpeza eficaz dos elementos filtrantes.

Membranas de polímeros devem ser descontaminadas periodicamente, pois os micróbios adoram comer matéria orgânica e formar colônias nela.

Membrana cerâmica de longa duração, bem lavada com detergentes. Seu preço é mais alto, mas a vida útil chega a 10 anos.

Métodos de filtragem

O sistema de ultrafiltração de água consiste em módulos preenchidos com fibras porosas ocas. O líquido inicial entra nos capilares, após o que ocorre a filtração através das paredes laterais. A alimentação reversa também é possível.

A lavagem é realizada pelo filtrado com sua alimentação na direção oposta. A distribuição uniforme do líquido fora das fibras garante a remoção dos depósitos dos capilares. Aqui é importante escolher o modo de lavagem correto para que a camada contaminante seja mais fácil de remover.

Os filtros operam em dois modos, um dos quais é a pressão: a água é fornecida à caixa do dispositivo sob pressão. O método de imersão é realizado usando membranas abaixadas em um recipiente aberto. Um vácuo é criado no lado da saída e o líquido é sugado através do material do filtro.

Os módulos são organizados verticalmente. A água entra por uma extremidade e é descarregada pela outra. O número de módulos em um filtro geralmente não excede duas unidades. Devido a isso, menos juntas são necessárias, o que reduz a probabilidade de vazamentos. Os módulos verticais são convenientes para manter e testar. Eles são fáceis de instalar e remover.

Modos de filtro

Quando a ultrafiltração da água é realizada, os filtros podem operar nos modos sem saída e tangencial. No primeiro caso, toda a água fornecida é purificada. Os depósitos da membrana são removidos periodicamente durante o processo de lavagem ou com o fluxo de drenagem. A membrana suja-se rapidamente e a queda de pressão através dela deve ser mantida baixa, o que reduz o desempenho do aparelho. O método é utilizado para tratamento de água, com baixa concentração de suspensões.

No modo tangencial, o meio filtrado circula pela superfície da membrana e nela se formam pequenos depósitos. A turbulência do escoamento no canal de abastecimento permite purificar a água com elevada concentração de matéria em suspensão. As desvantagens deste método são o aumento dos custos de energia para criar uma alta vazão e a necessidade de instalar dutos adicionais.

Parâmetros de ultrafiltração

Os principais parâmetros de ultrafiltração são:

1. Seletividade - a proporção de concentrações de impurezas emágua contaminada (C_in.) e no filtrado (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Para um processo de ultrafiltração, é grande, o que permite capturar as menores partículas, incluindo bactérias e vírus.}
2. Consumo do filtrado - a quantidade de água purificada por unidade de tempo.
3. Consumo específico de filtrado - quantidade de produto que passa por 1 m2 da área da membrana. Depende das características do elemento filtrante e da pureza da água da fonte.
4. Queda de pressão da membrana - a diferença entre a pressão no lado da alimentação e no lado do filtrado.
5. Permeabilidade é a razão entre a vazão específica do filtrado e a queda de pressão através da membrana.
6. Eficiência hidráulica - a relação entre a vazão do filtrado e a água da fonte fornecida.

Ultrafiltração para desinfecção da água

Os métodos tradicionais de remoção de microrganismos incluem tecnologias que utilizam reagentes. A ultrafiltração da água consiste na separação física de microrganismos e colóides devido ao pequeno tamanho dos poros da membrana. A vantagem do método é a remoção dos cadáveres de microrganismos, algas, matéria orgânica e partículas mecânicas. Ao mesmo tempo, não há necessidade de tratamento especial de água, obrigatório em outros casos. Tudo o que você precisa fazer é passar por um filtro mecânico de 30 mícrons.

Ao comprar filtros, você precisa determinar o tamanho dos poros das membranas. Para remover completamente os vírus, os diâmetros dos orifícios devem estar no nível de 0,005 µm. Para tamanhos de poros grandes, a função de desinfecçãonão será executado.

Além disso, a tecnologia de ultrafiltração fornece clarificação da água. Todos os sólidos suspensos são completamente removidos.

A instalação de ultrafiltração de água contém dispositivos conectados em paralelo, o que proporciona o desempenho necessário do processo e a possibilidade de substituí-los durante a operação.

Purificação da água antes dos filtros de troca iônica

A resina é eficaz na retenção de partículas coloidais de 0,1-1,0 µm, mas elas rapidamente entopem os grânulos. Flushing e regeneração são de pouca ajuda aqui. É especialmente difícil remover partículas de SiO_{2, que são especialmente abundantes em poços e água de rios. Após o entupimento, a resina começa a desenvolver microorganismos em locais não lavados com soluções de limpeza.}

Os trocadores de íons também estão ativamente obstruídos com óleos emulsionados que não podem ser removidos. O bloqueio é tão grande que é mais fácil trocar o filtro do que separar o óleo dele.

Os grânulos filtrantes de resinas estão ativamente obstruídos com compostos de alto peso molecular. O carvão ativado remove-os bem, mas tem uma vida útil curta.

As resinas de troca iônica são eficazes juntamente com a ultrafiltração removendo mais de 95% dos colóides.

Tratamento da água - ultrafiltração antes da osmose reversa

Os custos operacionais são reduzidos pela instalação gradual de filtros com redução sucessiva do tamanho das partículas retidas. Se uma limpeza mais grossa for instalada antes do módulo de ultrafiltração, aumenta a eficiência dos sistemas de osmose reversa. Estes últimos são sensíveis a floculantes aniônicos e não iônicos se a coagulação dos contaminantes for realizada na fase preliminar.

Grande matéria orgânica molecular rapidamente obstrui os poros das membranas de osmose reversa. Eles são rapidamente cobertos de microorganismos. A pré-filtragem de água resolve todos os problemas e é econômica quando usada com osmose reversa.

Tratamento de águas residuais

O tratamento de efluentes por ultrafiltração possibilita a sua reutilização na indústria. Eles são adequados para uso em engenharia e a carga tecnogênica em corpos d'água abertos para fins de consumo é reduzida.

As tecnologias de membrana são usadas para tratar efluentes da produção galvânica e têxtil, na indústria alimentícia, sistemas de remoção de ferro, na remoção de ureia, eletrólitos, compostos de metais pesados, derivados de petróleo, etc. das soluções. Isso aumenta a eficiência da tratamento e simplifica a tecnologia.

Com impurezas de baixo peso molecular, a ultrafiltração pode produzir concentrados de produtos puros.

Especialmente importante é o problema de separar os óleos emulsionados da água. A vantagem da tecnologia de membrana é a simplicidade do processo, baixo consumo de energia e sem necessidade de produtos químicos.

Tratamento de águas superficiais

Precipitação e filtração já foram formas eficazes de purificar a água. As impurezas de origem natural são efetivamente removidas aqui, mas agora surgiram poluentes tecnogênicos, cuja remoçãooutros métodos de limpeza são necessários. Especialmente muitos problemas são criados pela cloração primária da água, que forma compostos organoclorados. O uso de etapas adicionais de purificação com carvão ativado e ozonização aumenta o custo da água.

A ultrafiltração permite que você obtenha água potável diretamente de fontes superficiais: algas, microorganismos, partículas em suspensão e outros compostos são removidos dela. O método é eficaz com coagulação preliminar. Ao mesmo tempo, não é necessária uma longa sedimentação, pois não é necessária a formação de grandes flocos.

A instalação de ultrafiltração de água (foto abaixo) permite obter uma qualidade consistentemente boa de água purificada sem o uso de equipamentos e reagentes complexos.

O uso de métodos de coagulação está se tornando ineficaz porque muitos compostos orgânicos na água não são detectados pelo método tradicional de oxidação do permanganato de potássio. Além disso, o conteúdo orgânico varia muito, dificultando a seleção da concentração necessária de reagentes.

Conclusão

A ultrafiltração de água através de membranas permite atingir a pureza necessária com um consumo mínimo de reagentes. As águas residuais após o tratamento podem ser utilizadas para fins industriais.

A ultrafiltração nem sempre é eficaz. O método não permite a remoção de algumas substâncias, por exemplo, compostos organoclorados e alguns ácidos húmicos. Nesses casos, a limpeza em vários estágios é aplicada.