Revista Lanxess Ano 2 Nº 4 PT-BR | Page 10

negócios LANXESS Tecnologia inovadora resulta em melhor desempenho para o tratamento de água O mundo está ficando sem água Até 2025, aproximadamente 1 bilhão de pessoas não terão acesso à água potável. Com este cenário, o tratamento de água por osmose reversa (OR), uma tecnologia de purificação de água que remove principalmente os íons monovalentes, utilizando uma membrana semipermeável, pode desempenhar um papel importante em aliviar a escassez de água. Mas, para esta tecnologia, os custos de energia também têm um papel importante. Qualquer melhoria na tecnologia da membrana ou do elemento pode aumentar a eficiência do processo. Em um projeto de pesquisa conjunta, a Conwed Plastics, empresa líder no fornecimento de soluções amplas e inovadoras de rede de plástico de fonte única, com sede em Genk, na Bélgica, e a LANXESS, por meio de sua unidade de negócios Liquid Purification Technologies (LPT), um dos principais fornecedores mundiais de produtos para tratamento de água e outros meios líquidos, provaram que as inovações tecnológicas do espaçador resultam em um melhor desempenho do elemento de OR. Osmose Reversa, o processo Uma pressão aplicada é utilizada para superar a pressão osmótica natural. As membranas de OR são oferecidas na forma de elementos espirais para uma enorme variedade de aplicações em dessalinização. Frequentemente conhecidos como malha, rede ou tela, os espaçadores agem como uma das camadas espirais dos elementos OR e proporcionam uma separação vital entre as membranas para conseguir uma filtragem eficiente. são fabricados a partir de materiais poliméricos e otimizados para manter o desempenho estável dos elementos de membrana, para uma ampla variação de parâmetros da composição de água, de alimentação e de processo. Foto: shutterstock.com Um elemento espiral refere-se a uma configuração de membrana, constituída por combinações de “membrana de folha plana - espaçador de canal de permeado - membrana de folha plana – espaçador de canal de alimentação”, enroladas em torno de um tubo de coleta de permeado. Conforme demonstrado na Figura 1, a estrutura do elemento de membrana contém o espaçador que separa as superfícies de envelopes de membranas adjacentes. O espaçador, configurado como uma rede, mantém o canal de alimentação aberto, permitindo que a água de alimentação flua dentro dos canais de alimentação, junto com o elemento de membrana; a Figura 2 mostra um elemento de OR enrolado em espiral. Desafios da Osmose Reversa Três principais desafios são identificados no processo de tratamento de água por OR. Eles são estudados, analisados e reconhecidos como itens críticos para os fabricantes de membranas, enroladores e operadores de plantas: • Queda de pressão; • Danos na membrana; • Incrustação biológica e escamação; Estes desafios estimularam os esforços tecnológicos combinados entre a Conwed Plastics e a LANXESS para desenvolver produtos de OR mais eficientes. Efeito de espaçador na queda de pressão O espaçador é um componente essencial nos elementos de membrana em espiral. Os espaçadores 10 As configurações do canal de alimentação e da rede do espaçador são mostradas esquematicamente na Figura 3. O canal de alimentação, mostrado na configuração sem invólucro, forma uma abertura retangular de especificamente de 0,7 a 0,9 mm de altura. Devido à presença do espaçador ou dos fios da rede no canal de alimentação, a área real de secção transversal aberta para o fluxo de alimentação é menor do que a secção transversal geométrica. O comprimento do canal de alimentação é de aproximadamente 1m. A malha do espaçador, que preenche o canal de alimentação, possui filamentos ou fios posicionados em dois planos. A característica de plano duplo faz com que a corrente de alimentação mude a direção do fluxo a medida que ela flui acima e abaixo dos filamentos subsequentes. O objetivo do espaçador, além de manter a abertura do canal de alimentação, é promover a turbulência da corrente de alimentação. A necessidade de turbulência na corrente de alimentação está relacionada com a natureza do processo de dessalinização de RO. A água de alimentação e sais dissolvidos fluem em paralelo à superfície da membrana, com uma fração da água de alimentação que passa através da membrana como permeado, deixando os íons dissolvidos na fração retida da corrente de água de alimentação. Este processo gera excesso de concentração de íons dissolvidos na superfície da membrana, um fenômeno conhecido como polarização da concentração. A turbulência induzida pelo espaçador reduz o aumento da polarização do concentrado, melhorando o desempenho das membranas de OR. No entanto, a turbulência induzida pelo espaçador aumenta o atrito no canal de alimentação, que é traduzido em uma queda de pressão da corrente de alimentação entre os pontos de alimentação e saída do elemento. As configurações atuais de espaçadores, utilizadas para a construção de elementos de OR em espiral, foram desenvolvidas com base no experimento prático e em estudos fundamentais. O objetivo foi criar uma condição de “mistura de fluxo”, mesmo nas baixas velocidades de fluxo existentes nos canais de alimentação dos elementos de membrana em espiral. Os trabalhos subsequentes de pesquisa e desenvolvimento demonstraram a importância da geometria dos filamentos do espaçador, da configuração angular, bem como do alinhamento do espaçador com a direção do fluxo de alimentação. Com base nos resultados experimentais e em modelagem hidráulica, a configuração do espaçador nas aplicações de OR evoluiu para uma rede de plano duplo com aberturas quadradas ou romboides. As configurações de rede romboides são comumente conhecidas como rede em diamante. O espaçador é posicionado no canal de alimentação com filamentos de rede em um ângulo de aproximadamente 45° em relação à direção do fluxo de alimentação (apresentado na Figura 3). Esta configuração resulta no equilíbrio aceitável de turbulência suficiente e mistura da corrente de alimentação, sem queda excessiva de pressão. Esta orientação da rede do espaçador é aplicada na grande maioria dos elementos de membrana de OR e NF (nanofiltração) de configuração em espiral. A orientação dos espaçadores de alimentação, em relação à direção da corrente de alimentação, e a presença de nódulos de suporte de membrana de alta densidade, resultam em bloqueio significativo do trajeto do fluxo no canal de alimentação. Por isso, é necessário que a água de alimentação esteja muito limpa, com baixa concentração de matéria em suspensão para um funcionamento estável das unidades de membrana. Se o canal de alimentação está limpo, sem partículas que possam bloquear o fluxo de água de alimentação, a queda de pressão em um único elemento é de aproximadamente 0,1-0,2 bar. Em sistemas de osmose reversa, os elementos de membrana trabalham confinados em um vaso de pressão. Um único vaso de pressão geralmente contém de 6 a 8 elementos de membrana, operando em série. A queda de pressão ao longo de um vaso de pressão varia entre 0,6 e 1,5 bar. Sistemas de OR de água do mar são configurados como unidades com um estágio. Os sistemas de osmose reversa para aplicações em águas salobras são configurados principalmente como unidades com dois, ou até três estágios. Consequentemente, a queda de pressão combinada em sistemas OR de águas salobras será maior, frequentemente na variação de 1,5 a 3 bar. 11