Qualidade da água tratada é apontada como superior à obtida por processos convencionais

Dentro dos processos de separação por membranas, a ultrafiltração tem se tornado, nos últimos anos, uma tecnologia cada vez mais atrativa como possível alternativa ao tratamento convencional de água para consumo humano. Apesar das membranas de ultrafiltração terem um "cut-off" molecular maior relativamente a outros processos de separação por membranas – como a osmose inversa, por exemplo – e, desta forma, menos eficientes na remoção de moléculas dissolvidas de pequenas dimensões, a ultrafiltração é efetiva na remoção de partículas e de macro moléculas.
Segundo o diretor da Siemens, Roberto dos Santos, as águas doces superficiais destinadas ao consumo humano devem estar sujeitas a tratamento que, segundo a Portaria nº 518, de 25 de março de 2004, varia consoante a qualidade da água na origem. "Esta portaria estipula normas de qualidade e esquemas tipo de tratamento, de forma a tornar as águas aptas para consumo humano. Assim, os esquemas de tratamento possíveis variam de caso para caso, sendo necessário, para isso, o conhecimento das características da água e o uso a que se destinam", explica.
De uma forma geral, a ultrafiltração pode ser definida como o processo de separação de sólidos em suspensão, coloides, bactérias e vírus. Este processo usa membranas cujo tamanho dos poros varia entre 1-100 nm. Existem basicamente quatro tipos de membranas: os de módulo em espiral, o de módulo estruturado, membranas tubulares e fibras ocas.
De acordo com Santos, entre as vantagens oferecidas pela filtração por membranas em comparação com o tratamento convencional estão a qualidade superior da água tratada, através da remoção de macromoléculas, bactérias e vírus, designadamente de micro-organismos resistentes aos tratamentos químicos como cloro e ozônio (e.g. Giardia, Cryptosporidium); por tratar-se de um sistema mais compacto e modular é, portanto, facilmente adaptável às variações de qualidade e quantidade de água a tratar; oferece fácil controle operacional e de manutenção; menor utilização de químicos, nomeadamente de alumínio (coagulante) e poliacrilamida (floculante) que poderiam originar efeitos colaterais; além de menor produção de passivo ambiental.
A qualidade superior da água produzida pela ultrafiltração também é apontada pelo diretor geral da Fluid Brasil, José Eduardo Rocha. "Esta é a principal vantagem do processo, mas há outras significativas, como o baixo consumo de químicos, a qualidade constante da água de saída, independente da qualidade da água de entrada e a capacidade de remoção de bactérias. Além disso, o processo tem um custo operacional muito mais baixo, é totalmente automático", avalia. A empresa utiliza ultrafiltração tanto para tratamento de água como para tratamento de efluentes. Sua primeira planta de ultrafiltração foi instalada em 2001, para tratamento de efluentes.
Para o diretor da Fluid Brasil, a ultrafiltração dispõe de uma tecnologia muito confiável, que apresenta vantagens técnicas e econômicas substanciais em relação aos processos convencionais. "Acreditamos que, em pouco tempo, substituirá totalmente os processos convencionais para tratamento de águas."

Custo aliado à qualidade
Com mais de 25 anos de experiência na pesquisa, desenvolvimento e fabricação de módulos de membranas de ultrafiltração, desde 2005 a Pentair X-Flow desenvolve esta tecnologia no mercado nacional, que pode ser usada tanto como filtração perpendicular (dead-end) como tangencial (crossflow).
O gerente de Vendas da Pentair, Ricardo Pinheiro, explica que o sistema é formado por um skid de módulos de membranas que fica totalmente para fora dos tanques de tratamento, com fácil acesso para manutenção e troca de módulos. Com alimentação de dentro para fora (inside-out), a membrana promove uma barreira física de porosidade muito baixa (25nm) que retém aproximadamente 99.99% do material suspenso na água.
Segundo Pinheiro, comparando a tecnologia de Estações de Tratamento de Água (ETAs) convencionais, elimina-se totalmente a necessidade de sistemas de misturas de produtos químicos e tanques de clarificação. No caso de Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs), elimina-se a necessidade de clarificadores e adensadores de lodo, além de se promover a redução do volume do reator biológico. Nos dois casos, a área ocupada é bem menor do que nos processos convencionais. "Temos como produto um permeado com baixa turbidez, praticamente ausente de sólidos suspensos, bactérias e vírus. Trata-se de um sistema compacto que ocupa uma área 60% menor se comparado com os sistemas convencionais. Tem baixo consumo de energia e de produtos químicos e é totalmente automatizado", esclarece.
Quanto aos custos operacionais, a empresa afirma serem muito menores em relação aos demais sistemas de tratamento. A redução pode chegar a 20%, principalmente em relação ao uso de produtos químicos. Eliminam-se totalmente os clarificadores de lodos ativados, economizando-se área de instalação, e reduz-se o investimento em obras civis no caso de aumento de capacidade de sistemas de tratamentos existentes.

"O permeado sai com uma altíssima qualidade, independentemente de variações da alimentação, para uso direto em processos produtivos, utilidades e pronto para reúso no caso de tratamento de efluentes. Na área de clarificação de água, produz-se um permeado na condição de água potável, devido à eficiente barreira contra bactérias (99,9999%), vírus (99,99%) e agentes causadores de doenças, resistentes aos desinfetantes conhecidos, como giárdia e criptosporidium. No setor industrial, produz-se um permeado com baixo SDI para alimentação de sistemas de Osmose Reversa e as vantagens anteriores no caso de processos alimentícios e farmacêuticos", salienta o gerente de vendas da Pentair.
Outra vantagem em termos financeiros apontada por Pinheiro é em relação ao custo total de propriedade, considerado o ponto mais importante para uma análise econômica de um sistema de ultrafiltração comparado com os processos convencionais. "O valor de investimento vem caindo muito nos últimos anos devido à popularização da tecnologia. Estamos nos deparando com casos em que o valor de um sistema de UF, comparado a um processo convencional automatizado, é apenas 15% mais elevado e até com casos que os valores se equiparam. Com o custo operacional muito mais baixo, temos o retorno sobre o investimento em curto espaço de tempo", conta. "Ajudamos os nossos clientes a realizar estes cálculos com dados reais de projeto e com grande frequência vemos vantagens econômicas muito tangíveis quando se optam por sistemas de ultrafiltração", completa.

Funcionamento
O fluxo nas membranas de ultrafiltração do tipo hollow fiber pode ser em dois sentidos, "in-out" (de dentro para fora) ou "out-in" (de fora para dentro), dependendo do fabricante da tecnologia. O sistema pressurizado força a água de alimentação através das paredes das membranas, enquanto a água permeia através das paredes da membrana, os sólidos presentes na água são "deixados" para trás, ou seja, ficam retidos na parte externa da membrana ou na parte interna, dependo da tecnologia aplicada.

Durante este processo, todos os sólidos e as partículas superiores a 0,1 mícron (µm) de tamanho são "rejeitados" na superfície das fibras, enquanto a água limpa, ou filtrada, continua em seu interior para serem coletados em cabeçotes de filtrado.
A bomba de alimentação de velocidade variável mantém o fluxo de filtrado através de cada unidade. O fluxo de filtrado é um valor nominal que pode ser ajustado através da interface do usuário. Materiais como suspensão, colóides, bactérias e vírus se acumulam em suas paredes. O fluxo através das fibras da membrana pode degradar, a menos que a pressão de alimentação seja aumentada. Para manter uma vazão constante de filtrado é necessário um incremento adicional de pressão para superar esta resistência criada por uma camada de incrustação continuamente crescente no exterior das paredes da membrana. Como a camada de incrustações nas superfícies da membrana aumenta, a força motriz para a filtração, conhecida como pressão transmembrana (TMP), aumenta, e a bomba de alimentação irá aumentar sua velocidade para manter o "setpoint" fluxo filtrado.
A qualidade final da água ultrafiltrada apresenta características médias conforme a tabela abaixo.

Em seu funcionamento, o processo de ultrafiltração obedece aos seguintes fatores:
1. Processo de filtração;
2. Retrolavagem automática "backwashing" - Inicia automaticamente em um intervalo de tempo definido (15 a 60 minutos) ou sobre a pressão trans-membrana de alta (TMP);
3. Limpeza química - Lavagem de manutenção - 30 a 60 minutos de cloro ou ácidos. Quando o sistema necessita de limpezas mais enérgicas devido a incrustações se utiliza o Clean-In-Place - 2 a 4 horas limpo, normalmente aquecida com cloro e ácido. Essa solução química é re-circulada através de uma célula ou módulo da unidade e as membranas permanecem nessas soluções. Depois desses procedimentos, os químicos são drenados. A retrolavagem é feita automaticamente para a remoção de todos os produtos químicos e retorna à operação normal do sistema;
4. Teste de integridade - este é utilizado para verificar as barreiras físicas das membranas e também verifica selos, o-rings etc. Esse teste é realizado automaticamente a cada 24 horas (ou definido pelo operador) para garantir a eficiência de remoção de log de bactérias.

Viabilidade de utilização da ultrafiltração
O Centro Internacional de Referência em Reúso de Água (Cirra) da USP realizou em 2008 um estudo sobre a viabilidade da utilização da ultrafiltração em substituição a processos convencionais de tratamento de água, o estudo foi desenvolvido com base nos custos diretos de implantação e operação, utilizando-se os resultados obtidos em uma unidade piloto de ultrafiltração instalada junto à captação de água no Reservatório Guarapiranga.
Para comparação, considerou-se os dados relativos à eficiência da remoção de Carbono Orgânico Total. A avaliação de custos foi feita pelo método de cálculo do período de retorno de investimento.
Os resultados obtidos demonstraram ainda que a membrana de ultrafiltração selecionada apresentava uma boa eficiência para a remoção de compostos orgânicos e matéria orgânica natural. Com base no desempenho da unidade piloto de ultrafiltração foi possível desenvolver o pré-dimensionamento de sistemas de tratamento de água, considerando-se apenas os componentes principais.

A avaliação comparativa demonstra o menor custo de produção associado ao sistema convencional (próximo de R$ 0,20/m³) contra R$ 0,40/m³ da ultrafiltração. Contudo, considerando-se a produção de água com o mesmo grau de qualidade, onde é necessário implantar sistemas complementares ao sistema convencional, o sistema de ultrafiltração se mostra bastante competitivo quando da utilização de um sistema de carvão ativado.
Estes resultados, embora baseados em uma comparação de custos diretos, demonstram o potencial de utilização dos processos de separação por membranas de ultrafiltração para o tratamento de água para abastecimento, ao mesmo tempo em que eliminam algumas distorções sobre a percepção de seus custos. Isto cria um panorama favorável para a ampliação de estudos e pesquisas relacionados aos processos de separação por membranas, não apenas para a sua aplicação, mas para uma análise de custos mais detalhada e também para fabricação de membranas e equipamentos.