Filtração direta "Dead-End"

Características

Configuração mais utilizada em sistemas para abastecimento público e potabilização de água. Opera através da filtração de toda a corrente de água sem a produção de concentrado. Periodicamente é realizada uma operação de contralavagem e limpeza com ar para a remoção dos sólidos acumulados. A limpeza dura entre 1 e 3 minutos e é realizada de 1 a 3 vezes por hora.

Aplicações

• Tratamento de água de superfície (rios, represas ou do mar).
• Reuso de águas cinzas.
• Tratamento de águas de poços (remoção de argila, silte e ferro).
• Reuso de efluentes terciários.

Vantagens

• Alta recuperação de água sem a produção de concentrado.
• Arranjo muito compacto.
• Não há contato da água com a atmosfera.
• Baixo consumo energético.
• Baixas pressões.

Limitações

• Requer contralavegem automatizada para a remoção de sólidos.
• Automação complexa.
• Não é contínuo, deve ser interrompido para contralavagem e remoção dos sólidos acumulados.
• Não permite alimentação com elevados teores de sólidos (usualmente mais de 100mg/L ou 300 NTU de turbidez).
• Requer tanque de água tratada para a contralavagem.

Membranas típicas

• Microfiltração e Ultrafiltração nas configurações de fibra oca ou tubulares.

Dicas de projeto

• Calcular a vazão de produto e fluxo considerando a água consumida na contralavagem e o período em que não há produção.
• Prever acionamento da contralavagem por diferencial de pressão e temporizado. O uso exclusivo do controle temporizado pode comprometer as membranas em caso de alterações na água de alimentação.
• Prever entradas de ar para o esvaziamento dos módulos de membranas.

Diagrama simplificado

 

Filtração tangencial "Cross-Flow"

Características

Configuração típica para processos de Osmose Reversa, Nanofiltração e sistemas que utilizam membranas tubulares. A operação ocorre de forma contínua sem interrupções. A limpeza é obtida pela elevada velocidade de circulação (de 3 a 7m/s) através dos módulos.

Aplicações

• Osmose Reversa (dessalinização)
• Nanofiltração (abrandamento)
• Tratamento de efluentes com elevada carga orgânica.
• Tratamento de efluentes oleosos.
• Tratamento de soluções com altas temperaturas.
• Processos industriais diversos.

Vantagens

• Robusto, permite alimentar as membranas com elevadas concentrações de sólidos e fluidos distintos.
• Baixo custo de instalação.
• Baixo nível de automação.

Limitações

• Alto consumo energético em função das altas velocidades de circulação.
• Baixo fluxo nos elementos de membranas leva a arranjos menos compactos.
• Aquecimento do fluido dependendo do regime de circulação.
• As altas velocidades podem danificar as partículas que se deseja separar.

Membranas típicas

• Osmose Reversa (espiral)
• Nanofiltração (espiral)
• Microfitlração e Ultrafiltração tubulares.
• Microfiltração e Ultrafiltração através de membranas cerâmicas.

Dicas de projeto

• Considerar inversores de frequência para a acelaração suave do fluido nas membranas.
• Seguir sempre a velocidade mínima de circulação indicada pelos fabricantes.
• Instalar pré-filtros para evitar o dano das membranas por partículas grandes.

Diagrama simplificado

 

Filtração tangencial com múltiplos estágios

Características

Configuração usual em sistemas de Osmose Reversa e Nanofiltração. Permite obter uma maior recuperação de água sem a necessidade de recircular o fluido para a alimentação com uma instalação relativamente simples.

Aplicações

• Dessalinização ou desmineralização de água.

Vantagens

• Instalação simples, requer apenas uma bomba, instrumentos e válvulas manuais.
• Baixo nível de automação.
• Permite obter alta recuperação de água.
• Não aquece a água pois não há recirculação.

Limitações

• Distribuição de fluxo desigual. As primeiras membranas da sequência produzem mais do que as últimas.
• Alto consumo energético em função das altas velocidades de circulação.
• Produção de concentrado contínua.
• Utilizando membranas em espiral, a concentração de sólidos na alimentação é restrita.

Membranas típicas

• Ultrafiltração, Nanofiltração e Osmose Reversa em espiral.
• Microfiltração e Ultrafiltração tubulares.

Dicas de projeto

• Prever pontos para a introdução dos dispositivos de limpeza das linhas e membranas.

Diagrama simplificado

 

Filtração tangencial com recirculação individual

Características

Configuração adotada na indústria alimentícia e de separações industriais, para fluidos com elevado teor de sólidos, densidade ou viscosidade. A recirculação individual permite reduzir a pressão na bomba de recirculação do sistema e equaliza a distribuição de fluxo através das membranas permitindo que todas operem sob as mesmas condições.

Aplicações

• Concentração de soro de leite.
• Concentração de sucos, vinho e bebidas em geral.
• Separação de emulsões.

Vantagens

• Distribuição de fluxo uniforme
• Menor pressão da recirculação se comparada à configuração de fluxo tangencial convencional.
• Robusto, permite alimentar as membranas com elevadas concentrações de sólidos e fluidos distintos.
• Baixo nível de automação.

Limitações

• Alto consumo energético em função das altas velocidades de circulação.
• Utilizando membranas em espiral, a concentração de sólidos na alimentação é restrita.
• Dificuldade de sanitização em função da complexidade da instalação (várias bombas)
• Aquecimento do fluido dependendo do regime de circulação.

Membranas típicas

• Microfiltração e Ultrafiltração tubulares.
• Microfiltração e Ultrafiltração em espiral.

Dicas de projeto

• Prever pontos para a introdução dos dispositivos de limpeza das linhas e membranas.

Diagrama simplificado

 

Módulos submersos

Características

Esta configuração é amplamente adotada em sistemas de micro e ultrafiltração para uso em MBR (Biorreatores de Membranas) e tratamento de águas de superfície com elevados teores de sólidos. As membranas são instaladas mergulhadas em tanques e operam através de uma bomba de vácuo ou da ação da gravidade. Usualmente, para evitar o acúmulo de sólidos na superfície da membrana é utilizado um sistema de limpeza com ar.

Aplicações

• Tratamento de Efluentes (MBR)
• Reuso de água.
• Tratamento de água.

Vantagens

• Pressão de operação muito baixa: economia de energia.
• Suporta altas concentrações de sólidos na alimentação.
• Pode operar de forma contínua, sem interrupções.

Limitações

• Pressão máxima de operação de aproximadamente 10mca (pressão de vapor da água).
• Baixo fluxo nas membranas em função das limitações de pressão.
• Ocupam área muito superior aos sistemas pressurizados em função dos baixos fluxos.
• Consumo de ar para limpeza é significativo.
• As operações de limpeza periódica são menos eficientes que em sistemas pressurizados.
• A troca das membranas requer o uso de talhas ou guindastes.

Membranas típicas

• Microfiltração e Ultrafiltração de placas planas.
• Microfiltração e Ultrafiltração de fibras ocas.

Dicas de projeto

• Prever área para a colocação e retirada dos módulos bem como espaço para limpeza externa dos mesmos.

Diagrama simplificado