Sistema MBR significa Membrane BioReactors, em inglês, o que pode ser traduzido para membranas submersas em reatores biológicos. Esse processo combina a tecnologia de lodos ativados com a separação física por meio da filtração do liquor misto em membranas com abertura de poro de cerca de 0,037 micrômetros, que substituem os decantadores convencionais, permitindo melhores eficiências de remoção de sólidos suspensos e melhor qualidade do efluente final.
Trata-se da integração do sistema biológico convencional (aeróbio) de tratamentos de lodos ativados trabalhando em conjunto com a filtração por membranas, podendo ocorrer em um único tanque, como em tanques separados (um tanque de aeração biológica e outro tanque de membranas). É um processo que vem ganhando mercado recentemente, pois possui duas grandes vantagens: a utilização de muito menos espaço que uma estação convencional e a possibilidade de reutilizar a água tratada, devido a sua excelente qualidade após o tratamento.
De acordo com Maria Candida D’Angieri, consultora de comunicação e marketing da Mann+Hummel, um sistema de tratamento por lodo ativado clássico é composto de um tratamento primário para remoção de gordura e sólidos em suspensão, uma zona anóxica para redução de nitrogênio, uma zona aeróbia para redução e carga orgânica e um decantador secundário para separar a água da biomassa.
Já o processo MBR é um sistema de lodo ativado convencional onde, no lugar do decantador secundário se utiliza membranas de filtração. A função da membrana é separar a água da biomassa. Este sistema combina o tratamento biológico do efluente com a filtração por membranas, o que o torna mais eficiente do que os sistemas convencionais.
São utilizados para o tratamento avançado de efluentes domésticos e industriais, visando sempre as máximas eficiências de remoção de contaminantes, seja para descarte na natureza ou para o reúso. Os sistemas MBR oferecem aumento do teor de sólidos em suspensão no reator biológico (devido a eliminação dos decantadores secundários), podendo trabalhar com valores superiores a 10 g/l; redução do volume dos reatores biológicos; instalação de membranas de ultrafiltração (submersas no próprio reator ou externas); sistema de aeração para limpeza física das membranas; e sistema de pressurização à vácuo, com bombas, para sucção do permeado.

Etapas do processo e seu funcionamento
Os sistemas MBR funcionam por meio de processos biológicos, que removem a matéria orgânica dissolvida e particulada presente nos efluentes domésticos e industriais. Lucas Funari, engenheiro da ambiental da Huber do Brasil explica que como a remoção é feita através de colônias de microrganismos, que formam flocos em suspensão, sendo assim necessário fazer a separação física desses flocos para descarte do efluente. Historicamente, esse processo era feito com decantadores, que promoviam a sedimentação gravitacional dos flocos biológicos.

Com o desenvolvimento dos sistemas MBR, os decantadores foram removidos e a separação física ocorre por meio da filtração em membranas com aberturas de poro de 38 nanômetros. Devido à pequena abertura dos poros, a membrana retém vírus e agentes patológicos, auxiliando também na desinfecção do efluente.
De acordo com Vanessa Brusius, engenheira de processos da Koch Membrane Systems, um sistema MBR é um sistema de tratamento de efluente composto por um tratamento biológico acoplado a uma etapa de filtração para produzir água limpa. Em comparação, um sistema de tratamento de efluente convencional trata biologicamente o efluente num processo de lodo ativado ou semelhante, e, em seguida, a água tratada é separada do lodo por um decantador, enquanto em um sistema MBR o lodo é separado da água tratada por meio de uma unidade de membrana.

"O processo inicia-se após a fase de pré-tratamento (gradeamento). O efluente segue para o tanque biológico onde ocorre a remoção de carbono, nitrogênio e fósforo. A filtração na membrana separa a água do lodo ativado e, após esse processo, a água tratada é extraída usando uma bomba de baixa pressão.
O excesso de lodo é então removido do tanque biológico para desidratação"- explica afirma Luiz Felipe Cerceau Guimarães, gerente de desenvolvimento da Veolia.
São basicamente duas etapas que compõem o tratamento com a tecnologia MBR: a primeira etapa consiste em um reator biológico aeróbio convencional, para degradação de toda a matéria orgânica, redução de DBO, DQO e nitrogênio total. A única diferença é que este reator deve trabalhar com concentrações de lodo superiores comparado a sistemas convencionais, em torno de 3 a 4 vezes mais lodo concentrado por volume que em relação a um processo de lodos ativados convencionais.
A segunda etapa consiste na passagem deste lodo pelas membranas de filtração, que por se tratar de uma barreira física, permite garantir a excelente qualidade do efluente tratado. "No caso de membranas de placas planas, por exemplo, essa filtração pelas membranas pode ocorrer sem a utilização de bombas, pois a perda de carga na membrana, ou como dizemos a pressão trans membrana (TMP - tans membrane pressure), é extremamente baixa", explica Daniel Paiva Pavan, gerente de vendas da Kubota.

A maioria dos sistemas MBR baseia-se em uma configuração de membrana de ultrafiltração de fibra oca submersa, onde a água tratada passa por meio das membranas e é bombeada para fora usando um sistema de bombeamento a vácuo. Outras configurações de sistema de membrana, como membranas de placa plana submersas e membranas tubulares externas, às vezes são usadas. Alguns fornecedores de MBR também usam membranas de microfiltração para a etapa de filtração. Vanessa explica as principais etapas do processo:
1 - Peneira fina: onde os sólidos grandes, cabelos, fibras e outros objetos grandes são separados da água. Normalmente utiliza-se uma tela com furos de 2 mm para esta finalidade.
2- Biorreator: Tipicamente, o biorreator é dividido por zonas diferentes, para proporcionar as condições ótimas para digestão da matéria orgânica (DBO e DQO) e outros nutrientes (ou seja, nitrogênio e fósforo). Algumas zonas do biorreator requerem um alto nível de oxigênio para alimentar as bactérias vivas responsáveis pela digestão, enquanto outras exigem um baixo teor de oxigênio para permitir que reações químicas diferentes aconteçam. O oxigênio é introduzido nas diferentes zonas do biorreator por meio de um sistema de sopradores e difusores, conforme necessário no processo.
3 - Sistema de filtração por membrana: a água tratada biologicamente é enviada do biorreator para uma unidade de separação por membrana para clarificar a água tratada e separá-la dos sólidos suspensos do licor misto. O filtrado é removido do sistema para um processo a jusante ou é descartado no ambiente. Processos a jusante comuns incluem osmose inversa, para muitos tipos de sistemas de reúso de água, juntamente com UV ou outras tecnologias de desinfecção.
"Para manter as condições ótimas de processo constante no sistema MBR, o lodo ativado é recirculado a partir do tanque de membranas de volta para o biorreator, e uma pequena corrente de lodo é continuamente ou intermitentemente retirada do biorreator como lodo de descarte", ressalta a engenheira.

Aplicações e principais vantagens
A tecnologia MBR é amplamente aplicada, tanto no segmento municipal como industrial. Estão sendo usados por municípios para tratar correntes de resíduos sanitários, de pequenas cidades e complexos residenciais que tratam pequenas vazões de efluente (50 m³/dia) a grandes cidades, tratando (200 mil m³/dia ou mais). No mercado industrial, a tecnologia MBR é amplamente utilizada nas indústrias de alimentos, produtos lácteos, automotivo, petróleo e gás, química e outras.

"Em geral, qualquer efluente contendo matéria orgânica e nutrientes pode se beneficiar de uma tecnologia MBR. Além disso, locais sujeitos a regulamentação de qualidade rígida e áreas onde o espaço físico disponível é limitado se beneficiarão do tamanho pequeno e a melhor qualidade do efluente da tecnologia MBR" - afirma Vanessa.
As aplicações são diversas, envolvendo quase todos os tipos de efluentes industriais, como têxtil, papel e celulose, cervejarias, laticínios, abatedouros, setor alimentício, entre outros. Os sistemas MBR também são muito utilizados para tratamentos compactos, especialmente para Shoppings Centers, Hotéis, Navio, Condomínios e plantas municipais de tratamento de esgoto.
A tecnologia realiza um processo de tratamento biológico aeróbico para aplicações municipais e industriais, além de oferecer muitas vantagens em comparação com o tratamento biológico convencional de efluentes por lodo ativado. "Uma das principais aplicações é a obtenção de água pronta para ser reutilizada em aplicações que não exijam potabilidade, como: água industrial/processo (Ex: Aquapolo); torres de resfriamento; caldeiras (após pós tratamento); descargas sanitárias, irrigação/jardinagem; e limpezas de ruas e lavagens em geral" - explica Guimarães.
Ele ressalta ainda que para um bom resultado sempre deve ser observada a característica físico-química do efluente a ser tratado para avaliar os componentes que podem ou inibir a formação do lodo, ou causar problemas na membrana. Além disso, a temperatura, sólidos suspensos, agentes incrustantes são fatores importantes que podem restringir o uso dessa tecnologia.
As principais vantagens do uso de sistemas MBR são: redução da área necessária para instalação, com diminuição no tamanho dos tanques e economia com obra civil; aumento da qualidade do efluente tratado, permitindo o reúso e desinfecção; eliminação dos decantadores secundários convencionais, evitando arraste sólidos e prejuízo na qualidade final; resiliência operacional, com qualidade constante do efluente tratado e possibilidade de automação e controle remoto da operação.
Quando o cliente possui pouco espaço disponível, Pavan explica que sistema MBR apresenta vantagens pois pode tratar o mesmo volume de efluentes em uma área disponível muito menor, pois a concentração dos lodos dentro dos tanques é proporcionalmente maior.

Isto permite também que uma planta de tratamento aeróbio convencional que necessite ser ampliada (por conta de uma maior vazão ou de uma maior carga orgânica), possa fazer essa ampliação apenas com a instalação dos módulos de membranas dentro dos tanques existentes, sem a necessidade de aumento de tanques, obras civis, etc. Muitas vezes, isso é inclusive mais barato do que ampliar uma planta usando tratamento convencional.
A possibilidade de reutilizar a água tratada é a outra grande vantagem, pois a barreira física que é a membrana garante excelente qualidade após o tratamento MBR. Algumas plantas da Nestlé no Brasil, tem sistemas MBR da Kubota implantados e reutilizam o efluente tratado nos vasos sanitários e irrigação de áreas verdes. "Além disso, membranas de placas planas tem alta durabilidade, geralmente acima de 8 anos de operação antes de precisarem ser substituídas, o que não gera aumento dos custos de operação (OPEX) em plantas que tem essa tecnologia" – enfatiza Daniel Paiva Pavan.
Existem pouquíssimas restrições na utilização da tecnologia MBR, tais como remoção prévia de óleos e graxas do efluente (pois as membranas não gostam de gorduras) e controle da quantidade de cálcio no efluente, pois este pode incrustrar na membrana exigindo limpezas mais frequentes. Ainda, alguns componentes como solventes podem danificar membranas, então precisam ser eliminados ou reduzidos em tratamento preliminar, antes de chegar ao tratamento biológico. O sistema de MBR também não pode tratar efluentes que possuam silicone, pois ele causa entupimento nas membranas.

Mercado e principais novidades
Para Funari, o mercado anda bem aquecido, especialmente devido às recentes crises hídricas em diversas cidades, o que levam as empresas a pensarem em fontes de água alternativas, como o reúso dos efluentes. Nesse caso, a aplicação dos sistemas MBR é muito vantajosa, reduzindo os custos com o consumo de água, resultando em um projeto com excelentes indicadores financeiros.
Uma novidade da Huber é o tratamento de chorume de aterros sanitários com sistemas MBR para remoção de nitrogênio amoniacal. Um sistema piloto foi desenvolvido pela empresa Sharewater em parceria com a Huber, alcançando resultados muito promissores.

O correto funcionamento dos sistemas MBR depende do controle microbiológico do liquor misto e das operações de limpeza química para remoção do biofilme formado na superfície das membranas. "Por isso, mesmo sendo uma tecnologia extremante avançada e eficiente, é necessário um controle minucioso das condições do processo biológico e das pressões de filtração" – completa Funari.
Pavan conta que mundialmente a tecnologia MBR tem crescido muito rapidamente e, hoje, a Kubota tem realizado feito muitos fornecimentos também para estações de tratamento domésticos municipais, como a ETE "Al Ansab" em Muscat - Oman, que foi projetada para tratar 125.000 m³/dia de efluentes (1.447 L/s). Outro fornecimento recente da Kubota de muito sucesso é a ETE "Canton" em Ohio - EUA, também projetada para tratar 115.000 m³/dia (1.331 L/s) de efluentes domésticos municipais.
Ele destaca ao uso das membranas de placas planas. Trata–se de equipamentos de polietileno clorado soldadas nas duas faces da placa, com poros de micro ou ultrafiltração, de forma a reter todas as partículas indesejadas (coliformes, bactérias, virus). Como resultado, essa água tratada pode ser utilizada para irrigar áreas verdes, em vasos sanitários (pois não tem cheiro nem cor) ou mesmo diretamente para abastecer torres de resfriamento, como fazem diversas companhias no Brasil.
"O desenvolvimento dessa tecnologia começou há muitas décadas e vem se aprimorando ao longo do tempo, principalmente em países que detêm domínio desta tecnologia, como o Japão. A ampla experiência das empresas contribui para isso, pois apresentam um conhecimento muito apurado nesta tecnologia. A Kubota possui mais de 6.000 estações de tratamento de efluentes com esta tecnologia pelo mundo" - completa Pavan.
Para Maria, um ponto importante a se acrescentar são as características das membranas Biocel, que é uma membrana de Placas Planas retrolavável. Ela reúne as vantagens das membranas Hollow Fiber e das de placas planas comuns como: não ser susceptível a branding e deposição de lodo; alta densidade de empacotamento devido a finas placas auto sustentáveis; pré-tratamento simples; fácil limpeza e a possibilidade de limpeza mecânica; fácil manuseio e projeto simples; aeração com bolhas finas; e o uso de membrana auto recuperável.
"Embora o custo de construção e operação de um sistema MBR tenha caído significativamente a um nível comparável a muitos sistemas de tratamento convencionais, na maioria dos casos o investimento de construção e operação de um sistema MBR ainda é maior. O nível mais alto de automação dos sistemas MBR também requer operadores qualificados para assegurar o funcionamento confiável do sistema." – afirma Vanessa.

Ela destaca também que a Koch construiu um grande número de sistemas MBR no Brasil e em outros lugares da América do Sul. Todos os sistemas estão funcionando com êxito desde o comissionamento, incluindo o maior sistema MBR da América Latina – Aquapolo, localizado em São Paulo, que trata 56.000 m³/dia de efluente para reúso de água em um polo industrial próximo. Outros exemplos de instalações de MBR da empresa KMS estão em sistemas de tratamento de efluente de plantas automotivas, indústria siderúrgica e estação de tratamento de efluentes de produtos lácteos.

Contato das empresas
Huber do Brasil: www.huberdobrasil.com.br
Koch Membrane: www.kochmembrane.com
Kubota: www.kubota-mbr.com
Mann+Hummel Fluid Brasil: www.fluidbrasil.com.br
Veolia: www.veoliawatertech.com/latam