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Guias e Dicas
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PHD 5053 â?? Aula 9 2010 Principais componentes, Notas de aula de Química

processo de separação por membrana

Tipologia: Notas de aula

2011

Compartilhado em 03/07/2011

dani-cardoso-3
dani-cardoso-3 🇧🇷

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Baixe PHD 5053 â?? Aula 9 2010 Principais componentes e outras Notas de aula em PDF para Química, somente na Docsity! 1 PHD 5053 – Processos de Separação por Membranas para Tratamento de Água e Efluentes Aula 9 – Principais componentes do sistema e estratégias de pré-tratamento Prof.: José Carlos Mierzwa mierzwa@usp.br Prof. Mierzwa Introdução  A operação adequada dos sistemas de separação por membranas só é possível mediante a utilização de componentes que permitam:  Operar o sistema nas condições estabelecidas;  Acompanhar o desempenho do processo e indicar a necessidade de intervenções. 2 Prof. Mierzwa Operação do sistema  Para a operação adequada dos processos de separação por membranas deve-se dar atenção especial:  Ao subsistema de pré-tratamento;  Bomba de alimentação;  Válvulas;  Medidores de pressão (manômetros);  Medidores de vazão;  Dispositivos de segurança. Prof. Mierzwa Acompanhamento da operação  Para acompanhar o desempenho do sistema, além de alguns componentes necessários à operação deve-se considerar:  Medidores de pressão diferencial;  Indicadores de temperatura;  Condutivímetro;  pH-metro. 5 Prof. Mierzwa Fonte de água ou efluente Produto a ser obtido Pré tratamento Prof. Mierzwa Problemas com sólidos em suspensão  Os processos de separação por membranas podem ser mais ou menos sensíveis à presença de sólidos;  Sistemas de MF e UF apresentam maior tolerância  Sistemas de NF, OR e ED são restritivos;  A configuração das membranas utilizadas apresenta grande influência sobre esta tolerância. 6 Prof. Mierzwa Problemas com sólidos em suspensão (cont.)  Membranas tubulares e capilares permitem trabalhar com maiores concentrações e com partículas de maiores dimensões;  Membranas de fibra oca, enroladas em espiral e planas são mais restritivas;  No caso das membranas em espiral pode- se optar pelo uso de espaçadores especiais. Prof. Mierzwa Problemas com sólidos em suspensão (cont.)  Os processos de NF e OR por utilizarem membranas densas e pressões elevadas estão sujeitas à formação de depósitos irreversíveis;  Em decorrência das restrições de cada processo é necessário utilizar um pré- tratamento adequado. 7 Prof. Mierzwa Tipos de pré-tratamento para remoção de sólidos  Os processos de pré-tratamento disponíveis para remoção de sólidos são:  Filtração;  Clarificação;  Microfiltração ou ultrafiltração.  O pré-tratamento a ser utilizado depende da capacidade do sistema e concentração de sólidos suspensos;  A MF e UF são opções de pré-tratamento para os processos de NF e OR. Prof. Mierzwa Tipos de pré-tratamento para remoção de sólidos (cont.)  Uma medida que contribui para a redução do potencial de formação de depósitos é a utilização de dispersantes;  Como regra prática para os processos de separação por membranas recomenda-se:  Processos de MF e UF:  Utiliza sistemas de filtração de acordo com o tipo de membrana. 10 Prof. Mierzwa Filtros BAG e Cartucho Prof. Mierzwa Tipos de pré-tratamento para remoção de sólidos (cont.)  Processo de clarificação:  Indicados para sistemas com elevada capacidade de tratamento;  A concentração de sólidos é superior a 10 mg/l;  Nos casos em que a concentração de sólidos resulta em um SDI ligeiramente superior a 5 pode-se utilizar as variantes do processo de clarificação:  Coagulação em linha;  Filtração direta. 11 Prof. Mierzwa Tipos de pré-tratamento para remoção de sólidos (cont.)  Processo de clarificação (cont.):  Na clarificação deve ser dada atenção especial ao tipo de coagulante e floculante utilizados;  Coagulantes e floculantes catiônicos podem resultar na formação de depósitos devido à interação com as membranas ou reação com dispersantes;  O uso de sais de ferro ou alumínio exige a redução do pH antes da passagem pelas membranas;  Recomenda-se evitar o uso de floculantes catiônicos;  A presença de ferro e manganês na forma solúvel requer uma oxidação preliminar. Prof. Mierzwa Problemas com compostos que apresentam baixa solubilidade  Nos processos onde ocorre a concentração de espécies dissolvidas o efeito de precipitação deve ser considerado;  Para o tratamento de água os compostos que despertam maior preocupação são:  Carbonato, sulfato e fluoreto de cálcio;  Sulfato de bário;  Sulfato de estrôncio;  Sílica solúvel. 12 Prof. Mierzwa Problemas com compostos que apresentam baixa solubilidade (cont.)  O problema relacionado à precipitação de carbonato de cálcio pode ser controlada com base no Índice de Saturação de Langelier (ISL);  Este índice tem aplicação para correntes com concentração de sais dissolvidos inferior a 10.000 ppm,  Para correntes com concentração de sais acima de 10.000 deve-se utilizar o índice de Estabilidade de Stiff & Davis (IES&D). Prof. Mierzwa Problemas com compostos que apresentam baixa solubilidade (cont.)  O IS de Langelier é calculado pela seguinte expressão:  ISL = pHc – pHs  pHc = pH do concentrado;  pHs = pH de saturação do carbonato de cálcio.  pHs = pCa + pAlcalinidade + C  C é função da concentração de sais dissolvidos.  No caso do cálculo do IES&D, a variável C é substituída por K, que é função da força iônica do concentrado. 15 Prof. Mierzwa Solubilidade do Sulfato de Cálcio Prof. Mierzwa Solubilidade do Fluoreto de Cálcio 16 Prof. Mierzwa Problemas com compostos que apresentam baixa solubilidade (cont.)  A sílica solúvel é de grande preocupação para os processos de separação por membranas;  Muitas águas naturais apresentam um teor de sílica variando de 1 a 100 mg/L;  Quando o seu limite de saturação é atingido ela polimeriza e forma sílica coloidal insolúvel, ou sílica gel. Prof. Mierzwa Problemas com compostos que apresentam baixa solubilidade (cont.)  É interessante ressaltar que a sílica apresenta um comportamento distinto da maioria dos compostos pouco solúveis;  Para valores de pH entre 7 e 8 a sua solubilidade é mínima. 17 Prof. Mierzwa Inserir figura de solubilidade da sílica Fator de correção da solubilidade da Sílica em função do pH Prof. Mierzwa Problemas com adsorção de compostos orgânicos  Os compostos orgânicos podem conduzir à redução do fluxo de água através das membranas;  A adsorção de compostos orgânicos é favorecida quando:  O seu peso molecular é elevado;  São hidrofóbicos;  Apresentam carga positiva quando em solução. 20 Prof. Mierzwa Problemas com microrganismos (cont.)  Uso de radiação ultravioleta:  A radiação com comprimento de onda de 254 nm apresenta efeito germicida;  É um processo físico, não requer o uso de produtos químicos;  Não é indicado para águas com elevada turbidez ou que apresentam cor;  Como opção é possível utilizar leitos de carvão granular de grande profundidade. Prof. Mierzwa Problemas com microrganismos (cont.)  Utilizando-se condições operacionais adequadas é possível obter uma boa remoção de microrganismos:  Taxa de aplicação  2 a 10 m/h;  Profundidade do leito  2 a 3 m.  O processo de remoção é similar àquele que ocorre nos filtros lentos;  Ainda não existem dados práticos que demonstrem a eficiência deste método de controle. 21 Prof. Mierzwa Técnicas de Pré Tratamento Utilizadas para processos de separação por membranas Prof. Mierzwa Outros componentes do sistema  Bombas:  São elementos vitais para os processos de separação por membranas;  Geralmente as bombas são os pontos fracos dos sistemas de tratamento;  Os principais tipos utilizados nos processos de separação por membranas são:  Centrífugas  estágio simples ou múltiplos estágios;  Bombas de deslocamento positivo  pistão , diafragma, engrenagens e eixo helicoidal. 22 Prof. Mierzwa Bomba centrífuga de simples estágio Bomba centrífuga de múltiplos estágios Prof. Mierzwa Bombas (cont.)  Preferencialmente são utilizadas bombas centrífugas;  Bombas de deslocamento positivo podem causar danos ao sistema;  Caso as bombas de deslocamento positivo sejam utilizadas deve-se prever dispositivos de segurança;  As bombas centrífugas podem ser de baixa ou alta rotação (limite de transição de 3.600 rpm). 25 Prof. Mierzwa Válvulas (cont.)  Dentre os principais tipos de válvulas disponíveis no mercado destacam-se:  Válvulas de bloqueio:  Esfera, borboleta, gaveta e diafragma.  Válvulas de controle:  Globo, agulha e reguladora de pressão.  Válvulas de segurança:  Retenção, alívio e quebra vácuo. Prof. Mierzwa 26 Prof. Mierzwa Válvula esfera Válvula globo Prof. Mierzwa Medidores de vazão  Têm por finalidade acompanhar o desempenho do sistema, assim como fornecer informações para ajuste das condições operacionais;  Por meio dos medidores de vazão é possível verificar a taxa de recuperação de água do sistema;  São instalados na linha de alimentação, concentrado, recirculação e permeado. 27 Prof. Mierzwa Medidores de vazão (cont.)  Os medidores disponíveis no mercado são dos seguintes tipos:  Rotâmetro (indicação visual);  Tipo turbina;  Por ultra-som;  Magnético.  Os medidores tipo rotâmetro e turbina são mais indicados para fluídos limpos. Prof. Mierzwa Rotâmetro Medidor de vazão magnético Medidor de vazão turbina
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