A tecnologia MBR é bastante utilizada para o tratamento de efluentes industriais e domésticos. De acordo com Joubert Trovati, engenheiro de processos da GE Water & Process, MBR é uma sigla em inglês para o termo "Biorreator a Membranas". Esta tecnologia é baseada na associação de um tratamento biológico de efluentes com um sistema de separação por membranas do lodo microbiológico, o qual é o responsável efetivo pela remoção de matéria orgânica e outros contaminantes do efluente.
Para ele esse processo substitui, com muitas vantagens, os sistemas convencionais de tratamento, onde a separação do lodo é feita por sedimentação em decantadores a gravidade. Possuem porosidade que variam desde 0,030 µm à 0,400 µm e são compostas por materiais que variam desde polímeros, como, por exemplo, poliéter sulfona, fluoreto de polivinilideno e polipropileno, até membranas cerâmicas ou metálicas.
"O biorreator de membrana é considerado o mais eficiente tratamento biológico de águas residuais, pois utiliza filtração por membrana na separação da biomassa do efluente tratado, resultando em um volume muito compacto, um elevado nível de descontaminação e um efluente final completamente livre de microrganismos. Estas são algumas das muitas vantagens desta tecnologia", completa Carolina de Barros Bággio, representante da Wehrle.
Essa tecnologia originalmente foi desenvolvida para aumentar a eficiência e reduzir o tamanho das estações de tratamento de lodos ativados, por isso o funcionamento é muito parecido com o lodo ativado convencional. A principal diferença é que no MBR é utilizada uma membrana de ultrafiltração ou microfiltração para clarificação em substituição ao decantador secundário, ou seja, troca-se uma sedimentação à gravidade por uma barreira física reduzindo por completo o escape de sólidos para o efluente tratado.
Marcelo Bueno, regional manager – membrane technology da Toray do Brasil explica que a membrana retendo mais sólidos, o biológico pode operar com concentrações de lodo (MLSS) mais altas e com idade mais elevada reduzindo o tamanho do biorreator. As concentrações de sólidos no biorreator de um MBR podem variar entre 8-15 g/l, enquanto no lodos ativados convencionais trabalha com concentração de 3-5 g/l no biorreator.

O processo
O sistema completo de MBR consiste, basicamente, das operações de pré- tratamento, Processo biológico, filtração e pós-tratamento:
Pré-tratamento: Formado por um sistema de peneiramento fino (geralmente 1,0 mm ou inferior) e, se necessário, um sistema físico químico para remoção de materiais suspensos, óleos e graxas, etc. O pré-tratamento varia, entre outros fatores, de acordo com a origem do efluente (industrial, municipal, etc.).
Processo biológico: Consiste em um ou mais reatores onde são promovidas condições ideais de crescimento microbiológico (principalmente bactérias), sendo o responsável direto pelo tratamento do efluente propriamente dito. O arranjo do sistema biológico se dá em função da qualidade do efluente de entrada, qualidade requerida do efluente tratado, bem como alguns outros aspectos técnico-financeiros.
Cada tipo de contaminante é, geralmente, removido por espécies selecionadas de microrganismos, dentre as quais Joubert destaca alguns, mas ressalta que não necessariamente todas estas etapas estão presentes em um sistema MBR.
Microrganismos depletores de matéria orgânica: Remove a matéria orgânica em geral presente nos efluentes. Em sua maioria são do tipo aeróbias (ou seja, necessitam oxigênio para seu metabolismo), requerendo tanques (reatores) devidamente aerados.
Bactérias nitrificantes: Responsáveis pela transformação de compostos nitrogenados (amônia, aminoácidos, proteínas, etc.) em nitratos (NO₃). Estas bactérias exigem que o meio apresente abundância de oxigênio dissolvido, motivo pelo qual também se desenvolve nos reatores com aeração.
Bactérias denitrificantes (ou desnitrificantes): Fazem a conversão de Nitratos a nitrogênio gasoso (N₂). Para que isso ocorra, o meio deve ser deficiente em oxigênio dissolvido, o que se consegue através de um reator que chamamos "Anóxico", onde não possui sistema de aeração.
Bactérias para remoção de fósforo: Conseguem incorporar em sua estrutura uma grande quantidade de fósforo, que é um nutriente indesejável nos efluentes descartados. Para este processo, são requeridos reatores anaeróbios, onde devem estar ausentes tanto o oxigênio como o nitrato.
Sistema de filtração por membranas: Este é o coração do processo de MBR, onde a biomassa formada pelas bactérias do lodo microbiológico é separada da parte aquosa, isto é, do efluente já tratado. As membranas possuem um tamanho de poro muito pequeno, capazes de reter os sólidos menores, incluindo bactérias e alguns tipos de vírus. A água resultante desta filtração é chamada de permeado, apresenta uma excelente qualidade e pode ser reutilizada em diversas aplicações. Pode, ainda, ser descartada em corpos d’água sem comprometer a qualidade destes, uma vez que ela cumpre com os mais rígidos padrões regulatórios de descarte existentes.
Pós-tratamento: Caso seja necessário, processos adicionais podem ser usados para adequar a água produzida a usos mais nobres. Estes processos podem envolver: pós-cloração, oxidação avançada, osmose reversa, eletrodiálise reversa, filtração em carvão ativo, entre outros.
"As aplicações em geral são para o tratamento de efluentes através de um processo biológico aeróbio, sendo que o básico conta com gradeamento para remoção de sólidos grosseiros, biorreator aeróbio e membranas. Aplicações mais complexas com pré tratamentos mais elaborados contando com etapas físico químicas e fases biológicas anaeróbicas e/ou anóxicas podem ser requeridas de acordo com as características do efluente bruto e do requerimento de qualidade do efluente tratado", completa Marcelo.

Funcionamento e principais aplicações
A biomassa (lodo biológico), desenvolvida através da degradação da matéria orgânica, precisa ser separada do efluente tratado, a fim de se atingir os padrões de lançamento ou qualidade para o reúso do mesmo. Em processos de tratamento por lodos ativados convencional, esta separação é feita pela ação da gravidade nos decantadores secundários, no entanto a área ocupada pelos decantadores é relativamente elevada devido às taxas superficiais limitadas à cada tipo de lodo e processo.
Cláudio Hira, engenheiro da Huber do Brasil explica que no tratamento com tecnologia MBR, a separação sólido-líquido é feita pela membrana, a qual possui poros suficientemente pequenos para impedir a passagem de bactérias e outros microrganismos presentes no lodo biológico para o efluente tratado (permeado da membrana).
Os sistemas MBRs podem ser aplicados em tratamento de efluentes industriais ou municipais. Normalmente, os MBRs são competitivos para efluentes com baixa ou média concentração de matéria orgânica, ou seja, com Demanda Química de Oxigênio (DQO) abaixo de 4.000 mg/L, sendo que boa parte desta deve ser biodegradável (relação entre DQO e DBO preferencialmente maior que 3, onde a DBO é a Demanda Bioquímica de Oxigênio).
"Existem já disponíveis os sistemas de MBR aplicados a processos biológicos anaeróbios, ou seja, usados quando a carga orgânica no efluente é elevada. Estes sistemas são denominados An-MBR e são muito eficientes na geração de biogás a partir da degradação anaeróbia de tais efluentes", destaca Joubert.
Cada aplicação tem suas particularidades e consequentemente vantagens e desvantagens. As opções vão das membranas que operam submersas em tanques ou externas pressurizadas, e passam pelas formas construtivas que são placa plana, fibra oca e tubular. As membranas submersas de placa plana e fibra oca dominam o mercado por terem um custo de implantação e consumo energético menor. Já as externas tubulares são voltadas para aplicações especificas e pequenas vazões.
Marcelo explica ainda que mesmo tendo a tecnologia de fibra oca em sua linha de membranas, a Toray optou por utilizar a tecnologia de membranas tipo placa plana para suas aplicações de MBR. A decisão foi a favor de uma tecnologia mais robusta que demanda menos equipamentos periféricos inclusive pode-se operar por gravidade, sem necessidade de bombas de permeado ou contra lavagem, além de simples e de fácil manutenção. As membranas podem ser instaladas dentro ou fora de tanques dependendo da característica das membranas.
"As aplicações são as mais diversas como tratamento de chorume, efluentes industriais e municipais e reúso. Por sua característica compacta se torna ideal para utilização em embarcações marítimas e plantas montadas em containers para instalação em localidades remotas", completa Marcelo.
De acordo com Daniel Paiva Pavan, Sales manager da Kubota, cada efluente tem características próprias, sendo assim, cada projeto utilizando a tecnologia MBR tem que ser adequado às necessidades de cada aplicação. Especificamente as membranas MBR da Kubota são do tipo placa plana, sendo fabricadas em material sintético (polietileno clorado). "Esse módulo de membrana foi desenvolvido no final de 1980, em resposta a uma iniciativa do Governo japonês para incentivar uma nova geração de um processo de tratamento de esgotos compacto para produção de efluente tratado de alta qualidade, e a primeira demonstração de planta piloto de membranas Kubota foi realizada em 1990, antes da primeira instalação comercial que ocorreu logo após. Em 2014, existiam mais de 4.500 plantas com tecnologia MBR da Kubota, com uma capacidade total instalada de mais de 900 milhões de litros por dia", complementa Daniel.

Principais vantagens
As vantagens do processo MBR é oferecer um tratamento de efluente mais eficiente e extremamente compacto, proporcionando um efluente de alta qualidade seja para reúso ou para atendimento de legislações restritivas para descarte de efluente tratado. Destaca-se também a estabilidade do processo e facilidade de ampliação de capacidade.
Carolina explica que para projetar uma estação de tratamento de águas residuais em condições aeróbias, algumas condições devem ser avaliadas. Em primeiro lugar, a natureza das águas residuais facilmente biodegradáveis (ex. águas residuais provenientes da indústria de lacticínios), ou muito pouco biodegradáveis (ex. águas residuais provenientes das indústrias petroquímica e farmacêutica). E em segundo lugar, o tipo de tratamento e qualidade do efluente necessário para descarga direta, descarga indireta ou reutilização de água.
O processo de tratamento MBR é otimizado através da eficiente adaptação das tecnologias biológica, cinética e de transferência de matéria dos reatores às especificas necessidades dos microrganismos, resultando em elevada capacidade de conversão de matéria num espaço reduzido, melhoria da qualidade de descarte e eficiência elevada.
"De um modo geral as principais vantagens do uso desse processo estão na elevada qualidade da água de reúso produzida, podendo muitas vezes ser utilizada em aplicações industriais; reposição de sistemas de resfriamento; descarte em corpos d’água sensíveis e isentos de poluentes; alto nível de automação do sistema; ausência de odor; modularidade e flexibilidade do sistema, longo tempo de vida útil das membranas, além da área ocupada para construção da planta extremamente menor", ressalta Joubert.

Dificuldades
A aplicação do MBR deve ser criteriosa, algumas condições que poderiam restringir a tecnologia também podem ser contornadas com um pré tratamento adequado ou mesmo um projeto mais conservador em termos de fluxos de filtração, frequência e tipo de limpeza. Em algumas aplicações industriais muito especificas e com risco considerável de insucesso recomenda-se uma planta piloto para comprovação da viabilidade técnica.
Algumas pessoas alegam que uma desvantagem do MBR é que trata-se de uma tecnologia cara comparada com lodos ativados convencionais, porém é preciso alertar que esta comparação não é válida pois o que o MBR entrega em termos de espaço reduzido para implantação e qualidade do efluente tratado não é alcançável com sistemas convencionais.
"Um paralelo que faço em termos de viabilidade econômica é a seguinte: se o cliente tem espaço de sobra e baixíssimo requerimento de qualidade para o efluente tratado ele simplesmente constrói lagoas de estabilização ao invés de um lodo ativado. Da mesma forma ocorre se ele não tem necessidade do valor agregado que traz o MBR (planta compacta e alta qualidade do tratado), pois obviamente ele irá optar por um sistema lodos ativados convencionais. Ou seja, o MBR está para o lodos ativados assim como o lodos ativados está para lagoas de estabilização", enfatiza Marcelo.
Para Carolina, as principais restrições em relação ao MBR são em relação ao consumo energético e valor do investimento. A ultrafiltração, tem um consumo energético notável, mas que é normalmente muito inferior ao consumo energético requerido pela aeração, dependendo do tipo de efluente que está sendo tratado. E a aeração precisa ocorrer num processo aeróbico, seja via MBR ou processo convencional. Desta forma este consumo haverá independente da tecnologia que está sendo empregada. O MBR, com seu sistema de aeração de alta eficiência ainda proporciona consumo energético otimizado em relação à sistemas convencionais de aeração.
"O outro ponto importante a comentar é o valor de investimento. Este é um pouco maior que uma planta convencional, mas a planta tem retorno de investimento breve devido à otimizada operação que reduz os custos operacionais rapidamente (OPEX otimizado devido ao baixo consumo de produtos químicos)", lembra o representante da Wehrle. De maneira geral, em comparação com sistemas convencionais, geralmente os MBRs apresentam custo final mais elevado, porém, o que costuma ser compensado pela melhor qualidade da água produzida. Também por este motivo, o consumo de energia por volume de água tratada também é superior. No entanto, quando se compara com base na qualidade da água obtida, o custo do tratamento por kg de matéria orgânica removida é sensivelmente menor.

Mercado
A tecnologia MBR tem sido amplamente empregada nos últimos anos o que contribuiu com a consolidação da tecnologia no mercado nacional tanto para tratamento e descarte do efluente quanto para geração de água de reúso. O representante da Huber explica que com a crise hídrica em destaque na mídia no último ano, a necessidade de alternativas economicamente viáveis tornou-se ainda mais evidente e projetos de reúso ganharam força não apenas pelo motivo de redução de custos, mas também pela falta de água.
No Brasil houve um crescimento grande no mercado de MBR nos últimos anos, o interesse pelo reúso cresceu e a tecnologia foi adotada por grandes empresas, e hoje já há muitos shoppings centers e empresas menores que também fazem uso desta tecnologia.
"Ainda assim há muito espaço para crescimento no país, pois o mercado municipal ainda tem participação tímida nos projetos de MBR. Sabemos que há demanda para reúso de efluentes em muitas regiões além da necessidade de uma legislação mais restritiva no descarte de efluentes para proteger nossos mananciais, o que impulsionaria ainda mais projetos com membranas e consequentemente MBR", completa Marcelo.
Daniel da Kubota já destaca os avanços da empresa para tornar mais viável economicamente a aplicação e utilização dos sistemas MBR, "Os custos por unidade de área de membrana foram reduzidos sensivelmente, porque a área de superfície de membrana foi duplicada em relação à área ocupada, e o número de difusores necessários foi reduzido pela metade. Além disso, os custos operacionais foram reduzidos devido à redução da aeração em 30% quando comparada com nossa série ES anterior", finaliza.
Além disso, o desenvolvimento e aprimoramento das membranas, novas técnicas de aeração de processo e pré-tratamento, associados a sistemas de digestão de lodo e respectiva geração de energia através do biogás estão resultando em plantas de tratamento de efluentes com praticamente zero de consumo de energia elétrica.
Joubert ressalta que o mercado para esta tecnologia cresce significativamente ano a ano no Brasil e América Latina como um todo. Esta tecnologia já é bastante consagrada em países de primeiro mundo, e as perspectivas para os demais países são muito promissoras. "Desenvolvimento em tecnologias de aeração também fazem com que o MBR seja cada vez mais eficiente e compacto. A transferência de oxigênio é otimizada, minimizando custos de aeração", finaliza Carolina.

Contato das empresas:
GE Water: www.gewater.com
Wehrle: www.wehrle-do-brasil.com.br
Toray: www.toray.com
Huber: www.huber-technology.com.br
Kubota: www.kubota-mbr.com