Membranas - Parte 3: Fatores de Projeto e Materiais de Fabricação
O projeto de sistemas de separação por membranas é feito em conformidade com as características da água de alimentação, da vazão, da qualidade da água desejada e da taxa de recuperação.
As taxas de fluxo em vazão de permeado por área de membrana (l/m2.h) variam conforme os tipos de membranas, sendo em geral necessário realizar testes prévios de tratabilidade em planta-piloto.
O dimensionamento de um sistema de separação por membranas leva em conta os seguintes fatores:
- Características do fluido da alimentação;
- Padrões de qualidade desejados;
- Vazão: alimentação, permeado produzido, limpeza e reservação;
- Taxa de recuperação de água, ou seja, o percentual de vazão convertido em produto;
- Tipo de associação e arranjos de membranas;
- Material das membranas;
- Taxa de aplicação superficial ou taxa de fluxo.
Alguns valores referenciais para as taxas de fluxo (em l/m².h) são apresentados a seguir:
- Microfiltração: 50 a 70
- Ultrafiltração: 25 a 50
- Nanofiltração: 20 a 30
- Osmose Reversa: 15 a 25
A taxa de recuperação de água nos sistemas de separação por membranas é função do tipo do arranjo selecionado. Como a taxa de recuperação por elemento de membrana é baixa, torna-se necessário estudar arranjos que propiciem maior recuperação. Um arranjo típico é obtido dispondo membranas em série ou com a recirculação do concentrado.
O fluxo de um líquido através de uma membrana depende da porosidade, do tamanho médio dos poros, da pressão de filtração, da viscosidade da água, do fator de tortuosidade do poro e da espessura efetiva da membrana.
Há uma grande diversificação de materiais poliméricos, cerâmicos e metálicos que são utilizados na constituição das membranas:
- Poliméricas: são as mais utilizadas, e os diferentes tipos de polímeros orgânicos são mostrados na tabela da imagem;
- Cerâmicas: os materiais mais utilizados são óxidos de alumínio (Al2O3), zircônio (ZrO2) e titânio (TiO2);
- Metálicas: geralmente à base de aço inox 304/316L, e possuem aplicações mais específicas.
Quase sempre compreendem uma camada superficial fina que proporciona a permeabilidade seletiva requerida na superfície e uma parte interna mais espessa, porosa, que proporciona estabilidade mecânica à membrana.
Outro meio de classificar membranas é por meio da morfologia ou estrutura. Por exemplo: para o caso de membranas sintéticas sólidas, existem dois tipos de estruturas de membrana, que são as membranas simétricas ou assimétricas (anisotrópicas).
As membranas são classificadas também em função do material polimérico utilizado. Como por exemplo sua afinidade ou não com a água (membranas hidrofílicas e hidrofóbicas).
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