AVALIAÇÃO DO FLUXO DE PERMEADO E EFICIÊNCIA DO PROCESSO DE MICROFILTRAÇÃO TANGENCIAL NO PÓS-TRATAMENTO DE UM EFLUENTE SANITÁRIO EM IRATI-PR

7/23/2019 AVALIAO DO FLUXO DE PERMEADO E EFICINCIA DO PROCESSO DE MICROFILTRAO TANGENCIAL NO PS-TRATA

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AVALIAO DO FLUXO DE PERMEADO E EFICINCIA DO PROCESSO

DE MICROFILTRAO TANGENCIAL NO PS-TRATAMENTO DE UMEFLUENTE SANITRIO EM IRATI-PR

Joelmir A. Mazon1

Grasiele S. Cavallini2

Carlos E. M. Costa3

Carlos M. S. Vidal4

Metodologias e Experincias em Pesquisa

Resumo

A tecnologia de membranas de microfiltrao tem sido utilizada com grande

sucesso no tratamento avanado de esgoto sanitrio, gerando efluentes de tima

qualidade, que atendem facilmente os padres normativos exigidos e ainda apresentam

ampla potencialidade de reuso em inmeros processos, principalmente na indstria. O

presente trabalho objetivou avaliar a eficincia do sistema de microfiltrao tangencial

de efluente gerado na ETE Rio das Antas (SANEPAR/Irati-PR). Este efluente foi

coletado na lagoa facultativa da ETE em questo e encaminhado a uma unidade piloto

de microfiltrao tangencial instalada no Laboratrio de Saneamento Ambiental e

Qualidade da UNICENTRO, em Irati-PR. Esta unidade tem capacidade receptiva de

vazo de cerca de 1 m/h, equipada com membrana de microfiltrao do tipo tubular,

de polipropileno, com rea efetiva de filtrao de 0,036 m, tamanho mdio dos poros

de

1Bacharel em Cincias Ambientais (Faculdade Guarapuava) e Mestre em Cincias Florestais(UNICENTRO). Laboratrio de Cincias Florestais e Forrageiras UNICENTRO, Campus CEDETEG.E-mail: [email protected]

2 Doutoranda em Qumica Analtica (UEL/UNICENTRO/UEPG). Professora de Qumica Ambiental(UFT). E-mail: [email protected] em Meio Ambiente e Recursos Hdricos - Universidade Federal de Itajub - UNIFEI. [email protected]

4Dr. Bilogo. Professor do Departamento de Engenharia Ambiental, UNICENTRO; E-mail:[email protected].

Informaes da publicao e Anais.


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0,2 m e mecanismo de retrolavagem por ar comprimido. O ensaio foi realizado em 8

bateladas de 30 minutos, onde, neste intervalo de tempo eram coletados o volume do

permeado resultante do processo, sendo utilizado para avaliao do fluxo e

caracterizao fsico-qumica de cada volume de permeado e de um volume de efluente

bruto, para posterior comparao. A microfiltrao tangencial teve um fluxo mdio de

permeado de 37,9 L/h.m, gerando um efluente de tima qualidade, com a remoo

mdia de 90% da cor aparente, 90% da remoo da cor verdadeira, 93% da turbidez,

55% de fsforo e 69% da DQO e desinfeco de 99% de coliformes, evidenciando a

eficincia do sistema em questo no tratamento de efluentes domsticos.

Palavras-chave: Membranas filtrantes, efluente domstico, tratamento avanado.

1. Introduo

Atualmente, em busca de atender padres de emisso cada vez mais restritivos

e a necessidade cada vez maior da desinfeco de efluentes, novas tecnologias vm

sendo desenvolvidas no s com o propsito de devolver o efluente tratado com baixaconcentrao de poluentes aos corpos receptores, mas tambm para o reuso do mesmo

para diferentes finalidades.

A utilizao de sistemas avanados de ps-tratamento de efluentes sanitrios

tem por objetivo complementar a remoo da matria orgnica, nutrientes como N e P, e

alguns organismos patognicos, como vrus, bactrias, protozorios e helmintos. As

tecnologias de tratamento tercirio apresentam, em geral, um efluente final de excelente

qualidade, possibilitando, em muitos casos, a reutilizao ou recirculao emdeterminados processos (CHERNICHARO, 2007).

Dentre estas novas tecnologias, o biorreator de membranas (MBR) tem

recebido grande destaque. Segundo Vidal e Campos (2009) o processo de separao por

membranas inclui-se neste contexto como uma alternativa tecnolgica atrativa no

tratamento avanado de efluentes, com a utilizao de diversos tipos de membranas

filtrantes, como a de microfiltrao, tendo sido aplicada no ps-tratamento de esgoto

sanitrio na ltima dcada, com uma frequncia maior em pases como: Japo, China,

Estados Unidos, Alemanha, Austrlia, Iraque e Canad.



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De acordo com Meng et al. (2009), esta tecnologia combina o tradicional

processo de lodo ativado com filtrao por membranas, tendo alta eficincia na

separao slido- lquido e produzindo um efluente tratado de alta qualidade no

tratamento de guas residurias.

Mulder (1996) aponta que a capacidade de separao de partculas est

relacionada com cada tipo de membrana, tendo relao deste fator com as dimenses de

seus poros.

Conforme explica Judd (2006), as membranas so barreiras fsicas seletivas

capazes de conter partculas maiores que os seus poros durante a passagem de uma

soluo, sem ocorrer alteraes qumicas ou biolgicas de componentes durante o

processo de filtrao, podendo remover at mesmo materiais dissolvidos. O mesmo

autor comenta que os processos de separao por membranas so divididos de acordo

com a seletividade da membrana, dependendo do tamanho dos poros. Nesse sentido, os

quatro principais processos so: Microfiltrao (MF), Ultrafiltrao (UF), Nanofiltrao

(NF) e Osmose Revesa (OR).

De acordo com Silva et al. (2000) as membranas possuem classificao prpria

conforme suas propriedades fsicas e qumicas, tendo como natureza e morfologia asmembranas sintticas ou biolgicas/naturais. Segundo o autor, dentre as membranas

sintticas, existem as inorgnicas, compostas de cermica e vidro e as orgnicas

(polimricas), mais comumente usadas devido aos fatores econmicos. Estas so

divididas em: no-porosas, usadas na separao de gases e porosas (micro e

ultrafiltrao). Na categoria de membranas porosas existe a diviso entre as simtricas,

com camada uniforme, e as assimtricas, com camada desuniforme.

O processo de membranas filtrantes, de acordo com Almeida (2002), inicia-secom o transporte do efluente realizado atravs de aplicao de fora motriz, utilizada na

microfiltrao, ultrafiltrao, nanofiltrao e osmose reversa, sendo aplicada por meio

de diferena de presso (transporte conectivo). Na dilise, a fora motriz o gradiente

de concentrao, com transporte de natureza difusa.

Para Judd (2006) essencial que deva-se prever em um projeto no qual se

utilize o processo de membranas uma alta taxa de filtrao, grande turbulncia do

efluente e baixo custo com energia por unidade de volume filtrado, com um design que

facilite a operao e a limpeza.



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Apesar das grandes vantagens apresentadas pelo sistema de filtrao por

membranas, existem algumas limitaes que ocorrem durante o processo. A principal

delas certamente a ocorrncia de declnios no fluxo devido ao acmulo de substncias

na superfcie e no interior dos poros das membranas (Figura 2.). Este acmulo na

superfcie porosa da membrana denominado, de acordo com Quartaroli (2012) de

colmatao oufouling.

Para Kuritza (2012), dentre os problemas causados pela colmatao das

membranas que afetam o desempenho do processo, citam-se: permeabilidade da

membrana (taxa de aplicao), vida til das membranas, necessidade de pr-tratamento

e maior custo com mtodos de limpeza. Segundo a autora, as partculas podem se

depositar nas membranas atravs do estreitamento do poro, obstruo do poro ou

formao de tortas. Estes mecanismos podem ocorrer de forma isolada ou

conjuntamente.

Conforme Vidal & Campos (2009), quando a microfiltrao operada em

escoamento tangencial a formao da torta limitada ou quase completamente

suprimida por uma suspenso que flui paralelamente superfcie de filtrao.Percebendo-se esta limitao, atualmente a microfiltrao frontal tem sido substituda

pelo sistema de escoamento tangencial em operaes em escala plena, devido rpida

colmataco das membranas em comparao operao das unidades em filtrao

tangencial.

Segundo Quartaroli (2012), as tcnicas mais utilizadas no controle da

colmatao so: o pr-tratamento dos afluentes, a retrolavagem (limpeza fsica) e a

limpeza qumica das membranas. Os entupimentos no exterior da parede dasmembranas podem ter seus efeitos minimizados por meio de retrolavagem durante o

processo de filtrao, alterando, frequentemente, e por um curto perodo de tempo, a

direo do fluxo do permeado, removendo atravs de foras mecnicas as possveis

impurezas aderidas na parede da membrana, aumentando o fluxo do sistema. A limpeza

qumica aplicada quando os materiais no so removidos com a retrolavagem.

De acordo com a mesma autora, a aplicao de um pr-tratamento do efluente

antes da unidade de filtrao, como pr-filtraco coagulao/floculao e flotao

utilizada para melhorar a qualidade do afluente, principalmente em termos de slidos a



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fim de que o mesmo minimize a deposio de materiais sobre a superfcie das

membranas.

2. Objetivos

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a microfiltrao como

alternativa de ps-tratamento de efluente final de uma Estao de Tratamento de Esgoto

Sanitrio da cidade de Irati PR (ETE - SANEPAR Rio das Antas).

3. Metodologia

O efluente coletado e utilizado nesta pesquisa proveniente da lagoa

facultativa da ETE Rio das Antas, em Irati-PR, administrada pela Companhia de

Saneamento Bsico do Paran SANEPAR. Esta ETE possui tratamento preliminar

composto por gradeamento, caixa desarenadora, tratamento secundrio biolgico

constitudo por dois reatores anaerbios em pararelo (um Reator Anaerbio de Leito

Fluidizado - RALF e um Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB), seguido por lagoa

facultativa com chicanas, conforme descrito por Dias et al. (2009).

As lagoas facultativas podem ser consideradas de acordo com Von Sperling

(2006) como a modalidade mais simples entre os modelos de lagoas de estabilizao,

ocorrendo neste tipo de lagoa, a reteno dos efluentes durante um perodo de tempo,

possibilitando o desenvolvimento dos processos de estabilizao da matria orgnica,

servindo como uma forma de tratamento posterior do efluente anteriormente tratado por

processos fsicos e qumicos ou biolgicos. A implantao das chicanas na ETE tem por

objetivo aumentar o tempo de reteno do efluente dentro da lagoa, melhorando o

processo de estabilizao.

A unidade piloto de microfiltrao tangencial deste ensaio a mesma utilizada

por Vidal (2006), cujo a representao esquemtica pode ser visualizada na Figura 1.

Esta unidade piloto tem a capacidade para tratar at 1m/h e possui membrana de

microfiltrao do tipo tubular de polipropileno de rea efetiva de filtrao de 0,036 m e

tamanho mdio dos poros de 0,2 m. As caractersticas do mdulo de membrana podem

ser visualizadas no Quadro 1.



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Figura 1. Esquema de unidade piloto de microfiltrao tangencial utilizada no presente estudo. Legenda:

(1) tanque de alimentao (60 l); (2) bomba; (3,6 e 11) manmetros; (4) sada do permeado at

o recipiente visor; (5) mdulo de membrana; (7) recipiente visor do permeado; (8,10 e 12)

vlvulas solenoides; (9) sada do permeado (VIDAL,2006).

Na anlise, o efluente coletado na lagoa facultativa foi depositado no tanque de

alimentao da unidade, sendo posteriormente bombeado para o sistema demicrofiltrao, por meio de uma bomba centrfuga instalada no mesmo.

A unidade piloto de microfiltrao foi operada em batelada, tendo o concentrado

sido recirculado ao tanque de alimentao e o permeado (material filtrado pelo sistema

de membranas) coletado na parte inferior da unidade a cada intervalo de 30 minutos,

para a anlise de parmetros fsico-qumicos e medio de volume de permeado.

Tambm foi separado um volume de efluente bruto para sua caracterizao e futura

comparao com o efluente tratado pela microfiltrao.

Quadro 1. Caractersticas do mdulo de membrana inserido no sistema de microfiltrao tangencial

utilizado na pesquisa. (VIDAL & CAMPOS, 2009).

Configurao geomtrica TubularMaterial Polipropileno

Nmero de tubos 3Dimetro interno dos tubos 5,5 mm

Comprimento da membrana 75 cmrea efetiva de filtrao 0,036 m

Mxima temperatura de operao 60 CDimetro mdio dos poros 0,2 m



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Esta unidade piloto possui um mecanismo de retrolavagem com ar comprimido

vindo de um compressor, que regulado pela abertura e fechamento de vlvulas

solenoides. Estas vlvulas abrem e permitem a entrada de ar, impulsionando uma

parcela de permeado no sentido inverso da filtrao, removendo continuamente parte

das partculas que venham a se acumular na superfcie da membrana. Este mecanismo

opera sem interrupo no fluxo de efluente no sistema.

As anlises fsico-qumicas (temperatura, turbidez, cor aparente, cor

verdadeira, pH, DQO, SST, SSV e fsforo total) tanto do efluente bruto como de cada

concentrao de permeado recolhido foram realizadas no Laboratrio de Saneamento

Ambiental e Qualidade da Universidade Estadual do Centro-Oeste, em Irati-PR, de

acordo com a padronizao descrita pela Standard Methods For Examination of Water

And Wasterwater (1998).

3.1. Anlise microbiolgica

Alm das anlises qumicas do efluente, foram realizados tambm os exames

microbiolgicos de E. Coli e Coliformes Totais pela tcnica da membrana filtrante.Para estes exames, foi utilizado 100 mL do volume de permeado coletado em amostra

composta. Este volume foi filtrado em membranas estreis, cujo objetivo a reteno

dos microrganismos presentes na amostra, sendo posteriormente colocadas sobre o meio

de cultura de cromognico indicador em uma placa de Petri. Estas placas foram postas

em incubao por 24 horas, fornecendo contagem direta de bactrias, baseado no

surgimento de colnias na superfcie da membrana levantadas com auxlio de um

contador de colnias, conforme descreve Standard Methods For Examination of WaterAnd Wasterwater (1998).

4. Resultados e Discusso

4.1. Anlise do fluxo do permeado

Durante o ensaio, foram coletados a cada 30 minutos o volume de permeado

processado pela unidade piloto de microfiltrao, resultando num total em 8 amostrasem 240 minutos de operao. A Tabela 1 mostra os resultados de volume, vazo e fluxo

do permeado na unidade de microfiltrao.



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Tabela 1. Resultados de volume, vazo e fluxo de permeado na unidade de microfiltrao em ensaio com

efluente da Lagoa de Estabilizao da ETE Rio das Antas em Irati, PR.

Tempo(min)

Volume depermeado (mL)

Volume depermeado (L)

Volume depermeado (L/h)

Fluxo depermeado(L/h.m)

T (C)

30 1195 1,195 2,39 66,4 24

60 865 0,865 1,73 48,1 26

90 725 0,725 1,45 40,3 28

120 585 0,585 1,17 32,5 26

150 545 0,545 1,09 30,3 27

180 490 0,490 0,98 27,2 29

210 525 0,525 1,05 29,2 29

240 530 0,530 1,06 29,4 29

Total = 5460 Total = 5,46 Mdia = 1,36 Mdia = 37,9

Atravs da Tabela 1 possvel observar um fluxo maior nos primeiros 60

minutos, sendo este praticamente o dobro do volume da segunda metade do ensaio. A

partir da segunda metade do ensaio, o fluxo tendeu-se a estabilizar (Figura 2).

Figura 2.Fluxo do permeado em funo do perodo de operao nos ensaios com amostras de efluente da

Lagoa de Estabilizao da ETE Rio das Antas SANEPAR, submetidos ao sistema de

microfiltrao tangencial.

4.2. Caracterizao do efluente

A caracterizao foi realizada tanto para o efluente bruto (efluente final da ETE

Rio das Antas), como para cada amostra de permeado coletada. Os parmetros

analisados foram: cor aparente e verdadeira, turbidez, pH, condutividade eltrica,



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fsforo e DQO. Os resultados da caracterizao dos efluentes so apresentados na

Tabela 2.

Tabela 2.Caracterizao fsico-qumica do efluente bruto e do permeado da unidade de microfiltrao

para o efluente da Lagoa Facultativa da ETE Rio das Antas. NR: anlise no realizada.

Anlises Fsico-Qumicas Permeado (min)

Bruto 30 60 90 120 150 180 210 240

Cor aparente (C) 489 53 45 43 45 70 43 42 45

Cor verdadeira (C) 304 36 37 32 28 30 26 26 25

Turbidez (NTU) 25,8 2,46 1,41 1,6 1,37 3,8 1,2 1,37 1,28

pH 7,4 7,66 7,63 7,84 8,08 8,12 8,17 8,1 8,15

Condutividade eltrica(S/cm) 985,8 823,2 831,4 815,4 816,2 807,4 790,6 790,6 801,8

Fsforo (mg/L) 4,5 2,2 2 2 2 2 2 2 2

DQO (mg/L) 127 33 35 43 39 42 35 48 36

ST (100 ml/mg/L) 457 NR NR NR NR NR NR NR NRSST(50 ml/ mg/L) 34 NR NR NR NR NR NR NR NR

Analisando a Tabela 3 possvel notar a grande diminuio dos valores nos

parmetros analisados se comparados ao efluente bruto. A maioria dos parmetros

tendeu a baixar nos primeiros 120 minutos e estabilizar-se a partir de ento. Os

resultados encontrados na caracterizao do efluente bruto foi semelhante ao descrito

por Dias et al., (2009), na mesma lagoa facultativa em questo, com ligeira diferena na

turbidez (19,8 NTU).

A Tabela 3 mostra os percentuais de remoo nos parmetros analisados,

tambm mostrados de forma grfica na Figura 3. Percebe-se a remoo mdia de 90%

da cor aparente, 90% da remoo da cor verdadeira, 93% da turbidez, 55% de fsforo e

69% da DQO.

Tabela 3. Porcentagem de remoo (%) dos parmetros fsico-qumica do efluente bruto e do permeado

da unidade de microfiltrao para o efluente da Lagoa Facultativa da ETE Rio das Antas

Anlises Fsico-Qumicas Permeado (min)

30 60 90 120 150 180 210 240

Cor aparente (C) 89% 91% 91% 91% 86% 91% 91% 91%

Cor verdadeira (C) 88% 88% 89% 91% 90% 91% 91% 92%

Turbidez (NTU) 90% 95% 94% 95% 85% 95% 95% 95%

Fsforo (mg/L) 51% 56% 56% 56% 56% 56% 56% 56%

DQO (mg/L) 74% 72% 66% 69% 67% 72% 62% 72%



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Com o mesmo modelo de unidade de microfiltrao, Kuritza (2012) e

Quartaroli (2012) obtiveram resultados satisfatrios com tratamento de efluente de uma

indstria de papel e celulose, de mesmo modo que Vidal (2006) para o tratamento de

efluente sanitrio constitudo por reator UASB e tanque de aerao e Vidal & Campos

(2009) para tratamento avanado de esgoto sanitrio. Com uma unidade de

microfiltrao semelhante, Silva et al. (2011) alcanaram bons resultados com o

tratamento de efluente industrial de um abatedouro de bovinos.

Segundo Fane (1996), quando unidades de microfiltrao so implementadas no

tratamento avanado de esgoto, o efluente produzido praticamente ausente de

particulados e parcialmente desinfetado, com eficincia de remoo deEscherichia coli.

geralmente superior a 99,99%. A Tabela 4 mostra os resultados obtidos na remoo de

E.colie Coliformes totais (CT).

Figura 3.Percentuais de remoo de cor aparente, cor verdadeira, turbidez, fsforo e DQO em funo do

perodo de operao do efluente da Lagoa Facultativa aps o processo de microfiltrao

tangencial.

A concentrao de Escherichia coli foi de 4,7.106, enquanto que a de

Coliformes totais foi de 5.105, estando de acordo com a faixa tpica de variao sugerida

por Von Sperling (2006) pra efluentes brutos. Quanto desinfeco, aps o processo de

microfiltrao tangencial a remoo foi excelente sem a necessidade do uso de produtos

qumicos para desinfeco.



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Tabela 4.Exames microbiolgicos deE.colie Coliformes Totais do efluente bruto e aps o processo de

Microfiltrao Tangencial.Exame microbiolgico Efluente bruto Remoo (%)

E.coli(UFC/100ml) 4,7.106 99,9894

C. totais (UFC/100ml) 5.105 99,9912

5. Concluses

O fluxo de permeado maior nos primeiros 90 minutos de operao, tendendo a

estabilizar-se a partir de ento, com volume mdio de permeado de 37, 9 L/h.m em 240minutos de operao;

A porcentagem mdia de remoo de cor aparente e cor verdadeira durante o

perodo de avaliao foi de 90% e de 93 % para a remoo de turbidez. Para fsforo

total foi de 55% e de 69% para DBO;

A desinfeco do efluente aps a microfiltrao foi de mais de 99% paraE.colie

Coliformes totais;

O sistema de microfiltrao tangencial apresentou bom potencial no tratamentoavanado do efluente resultante da Lagoa de Estabilizao da ETE Rio das Antas, da

Sanepar-Irati/PR.

6. Referncias Bibliogrficas

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