A capacidade e a resistência das membranas são mais eficazes para atender às demandas atuais de gestão da água comparadas aos métodos tradicionais de Coagulação, Floculação, Sedimentação, Filtração de Areia e Desinfecção. As membranas são uma tecnologia muito mais moderna que pode substituir os métodos convencionais. O expressivo aumento de fabricantes de membranas e de sistemas globalmente faz com que os custos das membranas fiquem mais baixos e facilitem viabilizar os sistemas. A purificação do tratamento com membranas é excepcional para remover contaminantes microscópicos, entre eles: colóides, patógenos, proteínas, agrotóxicos, metais pesados, sais e íons. 
Os sistemas de tratamento de água no Brasil antigos, de 50 anos atrás ou mais, não dão conta nem acompanham a demanda atual por água e dos contaminantes emergentes que surgem. “Está mais difícil tratar a água fresca dos rios e dos mananciais. Existem mais desafios hoje para torná-la potável para abastecimento municipal” – afirma Diego Fuentes, gerente sênior de marketing e desenvolvimento de negócios da Veolia.
As fontes de água estão se deteriorando. “Há sobrecarga na infraestrutura e piora nas fontes de água cada vez mais escassas com o crescimento das cidades. Há escassez de água de qualidade. Os tratamentos podem não estar adequados” – alerta Oliver Kiles, gerente comercial de produtos de engineered Systems da Veolia. 
As membranas estão há mais de 30 anos consolidadas para reúso, geração de água, alimentos, açúcar, etanol, água para caldeira, off-shore em exploração de petróleo e sulfato. “Falta aderência do municipal, que engatinha ainda no Brasil. Já para efluentes, está mais disseminado para o reúso de água” – relata.
Existem membranas há 40 anos no mercado que se atualizam a cada ano. “Os métodos convencionais não têm muito mais o que evoluir, não têm mais tecnologia a ser aportada. Diferente de uma membrana, que é mais simples para equalizar e tem muito mais tecnologia a investir” – enfatiza. 
Se uma planta convencional existente não tem para onde crescer, pode ser atualizada com a ultrafiltração. “Ao atualizá-la, amplia sua capacidade sem ocupar mais espaço e ganha em quantidade maior de água tratada e qualidade melhor da água – ressalta Kiles.

Qualidade constante  
A membrana é uma barreira física absoluta que segura sólidos e patógenos com poros de 1 mícron para reter contaminantes menores. “Não há como passar sólidos pela membrana porque não tem espaço. No filtro convencional, existem espaços e a filtração tem menos segurança que a ultrafiltração” – discorre Kiles.    
Um tratamento convencional precisa combinar diversas etapas: clarificação, sedimentação e, por fim, filtração. Dosagem de químicos e diversos processos são realizados para chegar a uma qualidade de água semelhante à de água ultrafiltrada. 
Na ultrafiltração, não é preciso modular nada para ter uma qualidade adequada. “A vantagem da ultrafiltração é ter mais estabilidade na operação e qualidade constante. Por mais que haja variações na água, a membrana é a barreira física que vai garantir a qualidade. Diferente de um processo físico-químico no qual precisa ser feita a dosagem química e a intervenção humana é muito maior. A ultrafiltração não precisa tanto de químicos nem gera lodo. São somente 5% de resíduos, água misturada com químicos do processo” – explica Kiles.  

Membranas X Tradicional
A escolha entre as membranas e a filtração convencional deve ser feita com enfoque na aplicação, visando gestão eficaz e consciente dos recursos hídricos. “Os dois métodos têm seu lugar na gestão responsável da água. A escolha deve levar em conta a eficácia de purificação, a eficiência de recursos, o impacto ambiental e a conformidade regulatória” – define André Ricardo Telles, CEO da Ecosan.

Os diversos tipos de polímeros e configurações de membranas facilitam escolher a melhor solução para cada caso. Segundo Demétrio Rodrigues de Souza, representante comercial de tecnologia para tratamento com membranas da Gratt, algumas membranas em PVDF têm garantia de até 10 anos contra rompimento. Além disso, Demétrio diz que implementar o MIT (Membrane Integrit Test) propicia detectar membranas rompidas que podem ser isoladas sem comprometer a funcionalidade do sistema.
Na concepção do projeto, é preciso levar em conta o fabricante porque as membranas de ultrafiltração, diferentemente das membranas de osmose reversa, não são intercambiáveis entre os fabricantes. “Não existe um padrão de tamanho, área, polímeros, conexões ou porosidade. Se as membranas são de filtração de dentro para fora ou de fora para dentro, se utilizam ar na contralavagem etc. Os projetos executivos estão totalmente relacionados ao fabricante. Se escolhemos um fabricante com pouco tempo de mercado, sem tradição, podemos num futuro sucatear todo o sistema por falta de membranas para reposição” – adverte Demétrio.
 

Tipos de filtração convencional
Flotador, ETA convencional ou pressurizada, filtro de areia, filtro de carvão, abrandador e zeólita.
Todos estes tratamentos convencionais fazem parte de conjugação harmônica de processos químicos e físicos para separar sólidos em suspensão, coloides, bactérias e vírus.
O fator determinante para o sucesso do tratamento químico é selecionar os produtos químicos e controlar suas dosagens.
Na ETA clássica, são realizadas dosagens de químicos, coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção.

Tipos de tratamentos com membranas
Usada para tratar águas nas indústrias, a Microfiltração até algum tempo era alternativa para tratamento de água de abastecimento em casos restritos. Sua viabilidade técnica-econômica aumentou por motivos de:
• Padrões de qualidade de água potável mais exigentes;
• Decréscimo acentuado de recursos hídricos adequados;
• Ênfase crescente em reúso de água;
• Avanços na tecnologia de membranas, com redução dos custos de aquisição, operação e manutenção;
• Tratamento de efluentes na indústria de bebidas.
A aplicação ampla de Ultrafiltração no tratamento de águas para abastecimento é recente. Gradientes de pressão ou concentração separam sólidos suspensos e solutos de alto peso molecular que ficam retidos na membrana. Enquanto água e solutos de baixo peso molecular passam através da membrana no filtrado.
A porosidade entre 100 e 10 nanômetros das membranas de Ultrafiltração remove todos os patógenos e contaminantes, como cistos de Giardia lamblia, oocistos de Cryptosporidium, protozoários, bactérias e vírus.
Usada em pressões elevadas e fluxo baixo, a Nanofiltração é a separação por membranas com maior desenvolvimento nos últimos anos. Os poros de suas membranas retêm 1 nanômetro. 
Na Osmose Reversa, aplica-se grande pressão sobre o meio aquoso, contra fluxo natural. A membrana separa um solvente de um soluto de baixa massa molecular, cujas partículas retidas são como sais ou moléculas orgânicas simples, por ser permeável ao solvente e impermeável ao soluto. 
Fonte: Gratt

Perspectivas 
Apesar de todas as vantagens das membranas sobre os sistemas convencionais, o representante comercial da Gratt explica que ainda hoje a demanda pelos sistemas convencionais é maior. “Existe uma resistência muito grande no mercado pelo novo, pelo desconhecido, que é o caso no Brasil para as tecnologias de membranas. Existe o mito de que o Capex seja muito maior e o sistema necessite de um profissional altamente capacitado para operá-lo. Nada disso é real. Dependendo da complexidade da água ou efluente a ser tratado e do nível de automação desejado, os sistemas de membranas, além do Opex comprovadamente menor, em muitos dos casos, têm o mesmo Capex do convencional ou até menor” – alerta Demétrio.
Na perspectiva dele, num curto período, a demanda irá se inverter. “Os sinais são claros. Cada vez mais, as Companhias de Saneamento vêm optando pelas membranas e devido às suas altas vazões são vitrine para outros nichos de mercado. Afinal, elas tratam água para a sobrevivência do seu negócio não arriscariam ousar com algo não comprovado ou não consagrado” – afirma Demétrio.

A alta demanda por tratamentos com membranas no mercado para a produção de água potável de alta qualidade e em processos industriais é devido à forma precisa de remover contaminantes microscópicos. “Para o futuro, espera-se crescimento contínuo da demanda por membranas por precisar de água mais purificada, reúso eficiente e conformidade com regulamentações ambientais mais rigorosas. A pesquisa e o desenvolvimento visam melhorar a eficiência, reduzir custos e expandir sua aplicabilidade” – analisa Telles.  
Enquanto a filtração convencional mantém presença significativa onde a qualidade da água permite a remoção eficaz de contaminantes por métodos convencionais com abordagem robusta e econômica. “Seu papel relevante continuará com esforços para otimizar e inovar os métodos convencionais, visando à eficiência e à sustentabilidade” – observa o CEO da Ecosan.
Outra tendência é adotar abordagens híbridas que otimizam os benefícios das membranas com métodos convencionais para atender às diferentes aplicações. “A ênfase na Sustentabilidade influenciará o desenvolvimento de tecnologias mais ecológicas nas duas abordagens, priorizando a eficiência energética, a redução de resíduos e o menor consumo de produtos químicos. Com a inovação tecnológica, surgem novos materiais de membrana, métodos de filtração mais eficientes e tecnologias mais acessíveis” – projeta Telles.

Como os custos das membranas caíram, a tendência é serem adotadas. “Os custos operacionais são bem inferiores. Já os custos da infraestrutura são cada vez maiores. Com as membranas, a segurança operacional é maior e não têm rejeitos nem químicos. Para o futuro, tendem a serem aceitas e implementadas como são hoje na indústria. É um mercado a ser explorado – avalia Kiles, da Veolia.
Antes não tinham efluentes e micropoluentes emergentes na água. “Fazer a combinação das membranas com outras tecnologias para tratar esses emergentes que ainda estão em estudo. As tecnologias de membranas trarão maior segurança e melhor operação ao longo da vida útil das estações” –  afirma Kiles.

Tecnologia ao setor 
O Novo Marco do Saneamento permite mudar o jogo conforme o mercado propõe ao setor municipal. “Estamos entusiasmados de uma lei permitir soluções com maior tecnologia. Antes, era uma solução convencional, uma lista de fornecimentos. Agora, permite aos fornecedores e parceiros proporem uma linha de tratamento diferente. Um ambiente tecnológico muito maior que o setor requer. O custo do projeto, muitas vezes, fica mais baixo e o Capex e o Opex também ficam com custos mais baixos” – enfatiza Diego Fuentes, da Veolia.
Os custos agora viabilizam qualquer tratamento. “Nossa presença é bem significativa na indústria de alimentos, de açúcar, etanol, reutilização de água, água para caldeira e off-shore na remoção de sulfato com ultrafiltração, por ser mais eficiente e efetiva, precisa da pureza da água para extração de petróleo” – comenta Fuentes. 

Híbrido
Em muitos cenários, uma abordagem híbrida pode ser adotada para otimizar os benefícios de cada método. “Integrar os métodos se configura mais sustentável e ecoficiente porque permite o reúso eficaz da água tratada, reduz a demanda por fontes de água fresca e diminui o uso de produtos químicos” – menciona Telles, da Ecosan.
De acordo com Demétrio, da Gratt, nos casos em que a turbidez da água de alimentação ultrapasse com frequência 120 NTU, unidade-padrão que mede a turbidez, uma das metodologias convencionais pode servir de pré-tratamento para a Ultrafiltração com o objetivo de minimizar a área de membranas filtrantes.
A filtração convencional, como pré-tratamento para remover partículas maiores, areia e sólidos mais grosseiros, contribui para a eficiência do processo e minimiza a obstrução prematura das membranas. “Integrada na coagulação e floculação, prepara a água para o tratamento com membrana. Esta fase inicial facilita a ultrafiltração e outros métodos de membranas” – ressalta Telles.
Depende da fonte de água. “Por exemplo, um rio com grande captação de água pode usar membrana mais robusta ou membrana de ultrafiltração mais simples combinada com clarificação, que equaliza essas variações e fornece água de melhor qualidade. A membrana de ultrafiltração reterá todos os patógenos não retidos pela clarificação” – explica Kiles, da Veolia.
A seguir, dois cases mostram sistemas de membranas da Veolia em grandes empreendimentos.

Foco no reúso
O Brasil se firmou como maior exportador de celulose do mundo em 2022, com produção de 25 milhões de toneladas e exportações de 19,1 milhões de toneladas, segundo o Instituto Brasileiro de Árvores (IBÁ). A Veolia faz parte do Projeto Cerrado, da Suzano, na nova planta em Mato Grosso do Sul, que será a maior linha de produção de celulose de eucalipto do mundo, tornando o Brasil um dos grandes players globais. O início da produção está previsto para o segundo semestre de 2024. 
O projeto da nova planta é focado em tecnologias para reúso:
• Capacidade de produção de água industrial: 9.550 m³/h;
• Capacidade anual: 2,55 milhões de toneladas.   
Os investimentos de R$ 20 bilhões são parte em tecnologia e equipamentos, como o contrato com a Veolia de R$ 150 milhões, que oferece tecnologias de clarificação, filtração, ultrafiltração e osmose reversa para tratar a água para uso em caldeiras, consumo potável e desmineralizada.   

Redução de sulfato
No novo navio-plataforma de produção, armazenamento e transferência (FPSO), em nome da Equinor Norway, operadora do petrolífero de Bacalhau, na Bacia de Santos/SP, a japonesa Modec utiliza membranas de ultrafiltração e nanofiltração da Veolia para reduzir sulfato da água do mar aos níveis exigidos. O contrato multimilionário fornece equipamentos, engenharia, gerenciamento de projetos, aquisição e supervisão de construção. A capacidade de produção do FPSO é de 220 mil barris/dia de petróleo e 15 milhões de m3/dia de gás.
Para produzir petróleo, a água do mar tratada deve ser injetada no reservatório. A indústria offshore de petróleo e gás depende das membranas para remover sulfatos e outros íons de dureza divalentes da água de injeção para recuperar petróleo. Remover esses íons reduz incrustações de sulfato de bário e sulfato de estrôncio no reservatório e nas linhas de fluxo e evita acidificar o poço, controlando bactérias redutoras de sulfato.

Regulação
Demétrio, da Gratt, avalia as normas reguladoras e os sistemas de membranas e os métodos convencionais. “Os decretos reguladores para água potável, de reúso e descarte estão cada vez mais interessados em contaminantes antes não ‘preocupantes’, o que já coloca as tecnologias convencionais em cheque para atender aos parâmetros exigidos sem contribuição de tecnologias complementares ou substitutivas” – analisa Demétrio.
Ele cita o Capítulo V, da Portaria MS-888/21, no Artigo 29, vários ensaios a serem adotados para monitorar a Escherichia coli, salvo se: “Haja comprovação de que todos os filtros rápidos do sistema de tratamento produzam água com turbidez inferior a 0,3 uT”. Segundo ele, a Ultrafiltração tem como único parâmetro de monitoramento de qualidade a turbidez que será certamente inferior a 0,3 uT. Há dispensa da realização dos ensaios caso haja comprovação de que todos os filtros rápidos do sistema de tratamento produzam água com turbidez inferior a 0,3 uT. 
 

Contato das empresas
Ecosan: www.ecosan.com
Gratt: www.gratt.com.br
Veolia: www.veolia.com 

Refêrencias bibliográficas

TISSUE ONLINE. Novos projetos em papel e celulose movimentam produção de água industrial de forma sustentável. 8 mai 2022. Disponível em: https://tissueonline.com.br/novos-projetos-em-papel-e-celulose-movimentam-producao-de-agua-industrial-de-forma-sustentavel/. Acesso em: 25 out. 2023.