Tratamento de Água Osmose Reversa

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1 Tratamento de Água Osmose Reversa

2 O que é osmose? Tendência natural dos líquidos (p.ex., água) a se deslocarem do lado menos concentrado (em soluto) para o lado mais concentrado (em soluto) de uma membrana semipermeável, até o alcance de um equilíbrio, chamado equilíbrio osmótico Por que a filtração convencional não é uma solução para água salobra? Porque a filtração convencional não é capaz de reter material solúvel na água. Perguntas Freqüentes

3 Aplicação principal: obtenção de água dessalinizada. Em localidades áridas ou no litoral, para transformar água do mar em água potável; Em localidades onde a água obtida de poços profundos é salobra e, portanto, imprópria para o consumo humano; Tecnologia foi descoberta, entre os anos 50 e 60: Osmose Reversa

4 Hoje a tecnologia ganhou espaço no mercado: Controle de poluentes Segmento da biotecnologia e farmacêutico Equipamentos que necessitam de água dessalinizada. Grandes estações de tratamento de água de países desenvolvidos, ex. EUA. Hemodiálise (rins artificiais) Aplicações atuais

5 A osmose reversa ou inversa é um processo pelo qual a água é desmineralizada através de sua passagem por uma membrana semipermeável, sob alta pressão. A osmose reversa é o processo inverso da osmose natural! Entendendo a Osmose Reversa

6 Tendência natural dos líquidos (ex., água) a se deslocarem do lado menos concentrado (em soluto) para o lado mais concentrado (em soluto) de uma membrana semipermeável, até o alcance de um equilíbrio, chamado equilíbrio osmótico. Osmose - Definição

7 A osmose normal pode ser observada nas plantas. A água é absorvida pelas plantas para diluir a alta concentração de sais dentro de suas células. Este é o motivo pelo qual a água é absorvida do solo quando as plantas são regadas. Se o solo em volta da planta fosse regado com água salgada, as plantas murchariam devido a concentração de sal no meio externo ser maior que dentro dela, fazendo com que a água se movesse de dentro para fora de suas células. Osmose Natural

8 Fluxo osmótico Equilíbrio osmótico Osmosis Inversa Pressão Pressão Osmótica (Altura) Água Solução Água Solução Água Solução Pura Salina Pura Salina Pura Salina Membrana Semi-permeável Membrana Semi-permeável Membrana Semi-permeável Fluxo Osmótico x Osmose Reversa

9 Para reverter o processo osmótico, é necessário vencer a pressão osmótica de equilíbrio através da membrana, devido ao fluxo natural tender a diluir a solução mais concentrada. Para a obtenção de água pura deve-se então aumentar a concentração de sais dentro da célula (lado do concentrado da membrana). Para isso é necessário aumentar a pressão no lado da água salgada da membrana, forçando a água através dela. Osmose Reversa

10 A Osmose Reversa utiliza membranas que são permeáveis à água porém não aos sais e as espécies de maior peso molecular. A Filtração de faz sob alta pressão. É descartado cerca de 50% da vazão de entrada com alta saturação. Os 50% utilizados é chamado de Permeado. Princípios de operação

11 Tap Water: ppm de TDS (membranas usadas pelas Osmoses 3M) Brackish Water: de TDS Sea Water: de TDS (a água do mar tem em média de TDS) Tipos de Membrana

12 Módulo de membrana Água Pressostatos PLD PBA Manômetro Válvula de Controle de Pressão/Vazão Produzida Válvula de Flushing Água de Água de Alimentação Rejeito Válvula Solenóide da Água de Alimentação Motor Bomba WFS-HP Conhecendo uma Osmose

13 Fluxograma Instalação

14 Como se dá a interação da membrana com os diferentes contaminantes? Troca iônica Peso molecular Polaridade Como atualmente existe uma série de tipos diferentes de membrana disponíveis no mercado, estas podem ser escolhidas em função de sua melhor afinidade química com o contaminante que se deseja reter. Membranas

15 A osmose reversa, além da destilação, é o único processo conhecido que pode remover, efetivamente, os seguintes tipos de impurezas da água: 1- Sais dissolvidos na água 2- Material coloidal 3- Total de sólidos Dissolvidos 4- Metais Tóxicos 5- Elementos Radioativos 6- Microrganismos 7- Pesticidas e Herbicidas 8- Moléculas de compostos orgânicos pesados (peso molecular maior que 300 dalton) Osmose Reversa

16 Osmose reversa Leitos de troca iônica Destilação Eletrodiálise As tecnologias para dessalinização

17 Semelhança As duas tecnologias visam a dessalinização da água. Diferença A Destilação consiste em evaporar e logo em seguida condensar a água, convertendo o vapor gerado em água destilada. O processo de Osmose Reversa filtra a água por meio de membranas que retém a maior parte das moléculas dos sais nela dissolvidos. Osmose X Destilação

18 Elimina a agressividade da água salgada, que corrói tubulações e equipamentos, exigindo, por exemplo, que todos os tubos, bombas e reservatórios sejam construídos em aço inoxidável ou em plásticos resistentes ao sal; Elimina a elevada alcalinidade da água salgada, que provoca o entupimento, pela formação de placas salinas, de tubulações e válvulas; Constitui-se uma alternativa que contorna o elevado consumo de energia demandada nos destiladores, lembrando-se que, quando é empregada energia solar, o processo não funciona em períodos de sol encoberto. Osmose Reversa x Benefícios

19 Os materiais e a confecção das membranas empregadas na osmose reversa resultaram de sofisticadas pesquisas tecnológicas, ligadas à indústria espacial. Em todo o mundo, existem talvez cinco ou seis fabricantes dessas membranas, dentre os quais a Monsanto, que desenvolveu pioneiramente a tecnologia, mediante contrato com a NASA. A membrana utilizada nas Osmoses Cuno são fabricadas pela Dow Quimica. ( Filmtec ) Porque do Elevado Preço

20 Membranas semi-permeáveis: Transferência da água (preferencialmente) sob o efeito de um gradiente de pressão. São geralmente classificadas de acordo ao tamanho dos seus poros: Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF), Nanofiltração (NF), Osmose Reversa (RO), Hiperfiltração (HF) Membranas de filtração ou semi-permeáveis

21 Estas membranas não modificam ou alteram a composição da solução, removendo somente os sólidos em suspensão, colóides, bactérias, etc. Não existe nenhum fenômeno de pressão osmótica, ou de polarização pela concentração. Conseqüentemente, o entupimento é devido a acumulação das partículas na superfície dos poros do meio filtrante. A filtração é feita a fluxo radial, e raramente a fluxo tangencial. Microfiltração (MF)

22 As membranas empregadas em ultrafiltração possuem uma estrutura que somente permite a rejeição dos solutos de maior tamanho (macro-moléculas), e conseqüentemente todos os outros tipos de particulados tais como vírus e bactérias. As vazões especificadas para água pura diminuem drasticamente principalmente por incrustação de colóides na membrana e pela adsorção de diversos solutos, que tendem a precipitar pela elevada concentração dos sais na superfície de filtração. Ultrafiltração (UF)

23 A nanofiltração é um desenvolvimento recente, sendo uma variação das membranas de osmose reversa, com as seguintes características: A passagem de sais monovalentes é relativamente alta: entre 30 e 60% A passagem de sais bivalentes é substancialmente menor: entre 1 e 5% A passagem de solutos orgânicos é do mesmo nível que nas membranas de RO A osmose reversa vai além da nanofiltração... Nanofiltração (NF)

24 Espécies Peso Molecular (Daltons) Tamanho (nm) Espécies Retidas (faixa de utilização prática) MF UF NF RO(HF) Lev eduras e Fungos Bactérias - Células Coloides Virus Proteínas Polisacarídeos Enzimas Açúcares simples Orgânicos Ions inorgânicos ,8-1,0 0,4-0,8 0,2-0,4 4 3 Retenção em MF, UF, NF e RO

25 Como as membranas empregadas na OR são de elevado custo, por se em importadas, estas devem ser resguardadas e seu uso econômico deve se limitar à retenção dos diminutos materiais não retidos nos processos anteriores. Nesse sentido, os pré-filtros protegem a integridade física da membrana e contribuem para que não haja incrustações em sua superfície, geradas principalmente pelo acúmulo de sólidos. Se a água de alimentação da osmose for clorada, esta necessariamente, precisa ser filtrada com carvão ativado, pois o cloro é incompatível com a maioria das membranas. A importância da pré-filtração

26 A maximização do uso da membrana se dá, pela soma da pré-filtração e da geometria de fluxo tangencial presente nas osmoses reversas. Concentrado Permeado A importância da pré-filtração

27 O processo de filtração por osmose reversa gera dois fluxos: Fluxo de permeado: fluido filtrado Fluxo de rejeito: concentrado de descarte Por existir o rejeito, o processo não é 100% eficiente A Eficiência do Processo

28 Modelos: HP GPD ou 567 litros/dia HP GPD ou 1135 litros/dia HP GPD ou 2270 litros/dia HP GPD ou 3400 litros/dia HP GPD ou 4540 litros/dia ( Volumes para Permeado ) Modelos 3M Disponíveis

29 Linha HP

30 Modelos: EOR litros/dia EOR litros/dia EOR litros/dia EOR litros/dia EOR litros/dia ( Volumes para Permeado ) Modelos Ecohouse Disponíveis

31 Linha Ecohouse

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