Nanofiltração no Tratamento de Água e Efluentes

A nanofiltração (NF) é um processo de separação por membranas que opera em uma zona intermediária entre a ultrafiltração (UF) e a osmose reversa (OR). 

Sua principal característica é a capacidade de remover seletivamente íons polivalentes (como cálcio, magnésio, carbonato, sulfato) e moléculas orgânicas de baixo peso molecular, enquanto permite a passagem parcial de íons monovalentes (como sódio e cloreto). 

Este post apresenta os mecanismos de funcionamento, as diferenças técnicas em relação a outros processos de filtração por membranas, as principais aplicações e os materiais utilizados nessa tecnologia.

Introdução

A tecnologia de membranas revolucionou a engenharia sanitária e industrial ao permitir separações em nível molecular com alta eficiência energética. Dentro desse espectro, a nanofiltração (NF) ocupa um espaço importante. Ela utiliza a pressão como força motriz para forçar o solvente através de uma barreira semipermeável, retendo solutos específicos.

Diferenciação Técnica: UF, NF e OR

Para entender a nanofiltração, é necessário situá-la entre a Ultrafiltração (UF) e a Osmose Reversa (OR). A ultrafiltração baseia-se exclusivamente no princípio de exclusão por tamanho físico. Seus poros são pequenos o suficiente para reter sólidos suspensos, bactérias e grandes macromoléculas, mas deixam passar todos os sais dissolvidos.

A osmose reversa, no outro extremo, utiliza uma membrana semipermeável que retém praticamente todos os solutos, inclusive íons pequenos como o sódio e o cloreto, através do mecanismo de difusão.

A nanofiltração é um processo intermediário entre a UF e a OR, combinando os mecanismos de exclusão por tamanho, difusão e, eventualmente, interações eletrostáticas. 

Enquanto a UF trabalha com pressões baixas e a OR com pressões elevadas, a NF opera em faixas intermediárias, apresentando uma seletividade única: ela retém compostos orgânicos, vírus e íons bivalentes (como sulfatos e dureza), mas permite maior passagem de íons monovalentes (como sódio e cloretos) do que a OR.

Principais Aplicações

O uso de membranas de NF é vasto devido à sua capacidade de "escolher" o que remover. Seu uso iniciou nos anos 80, para potabilização de águas superficiais de baixa carga orgânica mas com bastante cor, como ocorre em alguns rios dos países nórdicos. Atualmente sua aplicação mais comum é o abrandamento, ou seja, a redução da dureza (cálcio e magnésio) sem a necessidade de adição excessiva de produtos químicos.

No tratamento de efluentes industriais, as membranas de NF atuam na remoção de corantes em indústrias têxteis e na eliminação de micropoluentes, como pesticidas e resíduos farmacêuticos, que a ultrafiltração comum não consegue reter. Além disso, a NF é importante em sistemas de reúso de água, nos quais é necessário remover a carga orgânica remanescente de processos biológicos para atingir padrões de água industrial ou de resfriamento.

Diferentes Tipos de Membranas de Nanofiltração

A eficiência de um sistema de NF depende diretamente do material da membrana. Existem três categorias principais:

1. Membranas Compostas de Filme Fino (TFC): São as mais utilizadas comercialmente. Consistem em uma camada superior ultrafina de poliamida sobre um suporte de polissulfona. Elas oferecem alta permeabilidade e excelente rejeição de compostos orgânicos, embora sejam sensíveis ao cloro.

2. Membranas de Acetato de Celulose: Foram as pioneiras. Possuem maior tolerância ao cloro livre, mas são limitadas por uma faixa estreita de pH e suscetibilidade à degradação biológica.

3. Membranas Cerâmicas: Representam a fronteira tecnológica. Fabricadas com óxidos metálicos, suportam condições extremas de temperatura, pH e solventes agressivos. São ideais para processos industriais onde membranas poliméricas falhariam rapidamente.

   
   

A escolha da nanofiltração deve considerar o equilíbrio entre a qualidade desejada do permeado e o custo energético operacional, visto que a seletividade iônica desta tecnologia permite obter águas com mineralização equilibrada de forma eficiente.

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