03/11/2011 - As diferenças entre nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e osmose reversa
03/11/2011
A filtração é um processo que nos permite eliminar impurezas que tendem a se acumular em algum meio, seja ele líquido ou gasoso. Também é através desta aplicação que eliminamos outros componentes indesejáveis ao nosso processo produtivo ou aplicação a que se destina a filtragem. Para que ocorra um processo de filtração é necessário que se tenha um meio filtrante, objeto pelo qual as impurezas serão retidas, o qual no mercado existe diversos tipos e configurações, dependendo sempre do fluido a ser filtrado, aplicação, temperatura, entre outras informações importantes que precisam ser avaliadas para a determinação do meio filtrante adequado. Entre os meio filtrantes mais utilizados estão a família das membranas, e os mais conhecidos dentre eles são as membranas de Microfiltração, Nanofiltração, Ultrafiltração e Osmose Reversa.
Para que se tenha um resultado eficiente, muitas vezes é necessário que se aplique mais de um método durante o processo de filtração, como esclarece Ivanildo Hespanhol do CIRRA (Centro Internacional em referência em reúso de água): “Em alguns casos é necessário até se aplicar a combinação de até dois sistemas. Tudo depende do corpo molecular que se pretende remover. Certos poluentes do efluente são melhores filtrados por um sistema, já outros acabam passando despercebido.”
A classificação dessas membranas se dá conforme a
sua porosidade. É isto que define a capacidade de separação dos sólidos
a serem retidos conforme o seu tamanho. “Estes métodos de filtração
diferenciam-se pelo tamanho dos compostos que são capazes de reter. De
um modo geral, as membranas podem ser divididas em dois grandes grupos.
As membranas densas (ou não-porosas) das quais fazem parte a Osmose
Reversa e a Nanofiltração e as membranas porosas das quais fazem parte a
Microfiltração e a Ultrafiltração”, explica o engenheiro ambiental
Daniel Brooke Peig, gerente de tecnologia da Perenne. “As membranas porosas separam as partículas por tamanho. Os processos de produção industriais permitem a produção de membranas com poros virtualmente de qualquer diâmetro. Em 1985, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (cuja sigla em inglês é IUPAC) estabeleceu critérios para a classificação das membranas porosas. Aquelas capazes de separar sólidos de diâmetro superior a 50nm recebem o nome de Microfiltração. Aquelas com poros entre 2 e 50nm pertencem ao grupo de Ultrafiltração”, conta. “Comercialmente, no entanto, esta definição da IUPAC não é muito respeitada, afinal, encontramos no mercado membranas de Microfiltração sendo apresentadas como Ultrafiltração”, revela.
Nas membranas densas, o mecanismo de separação baseia-se na diferença dos coeficientes de solubilidade e difusão entre o solvente e o soluto. Nesta faixa, não convém utilizar a convenção de diâmetro de poros pois compostos com pesos moleculares maiores como etanol são menos rejeitados enquanto íons de menor peso molecular como o cálcio são mais rejeitados.
As membranas de Osmose Reversa são as mais restritivas dentro desta classe com eficiências da
ordem de 99,7% para cloreto de sódio. As
membranas de Nanofiltração situam-se em uma faixa intermediária entre as
densas e as porosas (<2nm) realizadas a separação pelos dois
processos. Para cada uma destas categorias de membranas as configurações de equipamentos e processos são bem distintas. Um sistema projetado para utilizar membranas de Ultrafiltração é completamente diferente de um sistema de Nanofiltração. Estes métodos apresentam duas formas diferentes de filtração: a convencional e a tangencial.
“Na filtração convencional ou direta, todo o fluxo de solvente que alimenta a membrana permeia através dela”, explica Daniel. “Na filtração tangencial, parte do fluxo que alimenta a membrana é permeado e parte é eliminado em uma corrente denominada concentrado. A filtração tangencial é utilizada em sistemas que lidam com uma quantidade elevada de sólidos que podem obstruir em questão de segundos os poros das membranas bloqueando o fluxo”, ressalta.
“Os processos de Osmose Reversa e Nanofiltração comercialmente disponíveis só permitem o uso da filtração tangencial pois a concentração de sais na alimentação afeta diretamente o fluxo de solvente”, acrescenta. “Já a filtração direta é mais utilizada em processos com baixo teor de sólidos como é o caso do tratamento de água para abastecimento”, conclui.
Microfiltração
É
um processo de separação por membranas cross-flow de baixa pressão de
partículas coloidais e em suspensão na faixa entre 0.05 - 10 micron. Ele
é utilizado para remover sólidos em suspensão e também bactérias de
água a ser tratada.
É retida parte da contaminação viral, embora os
vírus sejam menores que os poros da membrana de microfiltração, muitos
se agrupam às bactérias e, por isso, acabam retidos num conjunto.
Consegue-se reduzir de forma significativa a turbidez da água.
Existem
duas maneiras para que haja a retenção. Ela acontece pela passagem da
água através de um material poroso ou de uma membrana e pode se produzir
de duas maneiras e fluxo diferentes: “dead end” ou “crossflow”.
Os
filtros “dead end” funcionam quando uma corrente de água passa através
dele e a partir daí acumulam-se sólidos sobre a superfície e no interior
do meio filtrante, e se obtém uma corrente de água produto.
Os
crossflow (sempre de membranas) permitem obter duas correntes ao passar
numa vazão de água através do filtro: uma que flui paralela à membrana
arrastando os sólidos retidos, e a outra, purificada, que passa através
dela. A microfiltração é bastante utilizada para fermentação,
clarificação de caldos e clarificação e recuperação de biomassa.
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Ultrafiltração
É um
processo de fracionamento seletivo utilizando pressões acima de 145 psi
(10 bar). Ultrafiltração é largamente utilizada em fracionamento de
leite e soro de leite e no fracionamento protéico.
Ela concentra
sólidos suspensos e solutos de peso molecular maior do que 1.000. O
permeado possui solutos orgânicos e sais de baixo peso molecular. É a
barreira mais eficiente para a remoção de sólidos em suspensão,
bactérias, vírus e outros patogênicos.
Além disso, este método
costuma ser bastante utilizado como pré-tratamento de águas
superficiais, água de mar, e efluentes biologicamente tratados, para os
sistemas de desmineralização por membranas, tais como osmose reversa e
nanofiltração. O que distingue a osmose reversa da ultrafiltração é o
tamanho das partículas que são retidas pela membrana e as
características da própria membrana. A primeira é densa e a segunda é
microporosa. O método é mais utilizado em concentração do retido,
fracionamento de solutos, normalmente proteínas, purificação de água
para consumo humano e tratamento de esgotos.
Nanofiltração
Quando a
Osmose Reversa e a Ultrafiltração não são as melhores opções, a Nano
costuma ser a mais utilizada. O mecanismo de transferência de massa é a
difusão que permite que certas soluções iônicas (tais como: sódio e
cloretos), predominantemente íons monovalentes, bem como água, se
propaguem.
Espécies iônicas maiores, incluindo íons bivalentes e
multivalentes, e moléculas mais complexas são amplamente retidas. “Ela
opera de 5 a 35 bar. Remove cálcio e magnésio, mas não é tão eficiente
na remoção de dessalinização deixando passar um pouco de cloro”, explica
Ivanildo Hespanhol do CIRRA.
“Hoje existe uma tendência em se
utilizar este processo para dessalinização. O sistema acaba sendo mais
barato que a Osmose Reversa e você tem uma água potável razoável”,
afirma.“Agora se quiser dessalinizar para utilizar em produção de
caldeiras ai é a osmose reversa, que já possui um consumo de energia
alto”, orienta.
A nanofiltração é muito utilizada para dessalinização
de alimentos lácteos, produto ou co-produto da indústria de bebida,
dessalinização parcial do soro, dessalinização de corantes e
abrilhantadores óticos, redução ou alteração de cor em produtos
alimentícios e concentração de alimentos.
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Osmose Reversa
Também
conhecida como Osmose Inversa, este procedimento ocorre através de uma
membrana semipermeável que retém o sal e componentes nocivos à saúde,
permitindo apenas a passagem da água purificada.
Ela acontece quando
duas soluções, de concentrações diferentes (exemplo: água pura e água
salobra) são separadas por uma membrana semipermeável, ou seja:
permeável para solventes e impermeável para solutos.
O sistema
remove até 99% de cloreto de sódio, além de possuir quase a mesma
eficácia para outros minerais presentes na água. Sua utilização serve os
mais diversos tipos de situações presentes na indústria e está sempre
ligada a separação de íons. Dessalinização, alimentação para caldeiras e
produção de produtos químicos são alguns dos exemplos que necessitam de
uma água praticamente pura.
(Fonte:www.revistatae.com.br)
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