Influência da pressão e da vazão de concentrado sobre o desempenho de ultrafiltração no pós-tratamento de esgotos

Despite the numerous advantages resulting from the use of membrane filters technology, intrinsic limitations fouling process become relevant to its applicability. The control of operating conditions is an important tool to mitigate fouling and achieve good levels of efficiency. In this sense, the objective of this study was to investigate the effect of transmembrane pressure and concentrate flow in the performance of ultrafiltration, applied to the post-treatment of domestic sewage. The process was evaluated and optimized by varying the pressure (0.5 and 1.5 bar) and the concentrate flow (300 and 600 L/h), using a 22 factorial design, in order to investigate the effects on the permeate flow and quality of effluents generated at each operating condition. We evaluated the following quality indicators for permeate: pH, electrical conductivity, total suspended solids, turbidity, calcium and Chemical Oxygen Demand (COD). In all tests, we observed marked reduction in the permeate flux at the early stages, followed by a slow decline that lasted until it reaches a relatively constant level, around 120 minutes of filtration. The increased pressure resulted in a higher initial permeate flux, but the decrease of the flow with time is greater for tests at higher pressure, indicating a more pronounced fouling process. On the other hand, increasing the concentrate flow resulted in a slower decline in permeate flux with the filtration time. Regarding the quality of permeate, the transmembrane pressure of 0,5 bar was the one that allowed better results, and was statistically confirmed through the two-way ANOVA test with repeated measures, significant effect of pressure on the turbidity of the permeate. The concentrate flow, in turn, showed no significant influence on any of the quality parameters. Thus, we conclude that, from an economic and environmental point of view, it is more interesting to operate ultrafiltration membrane system with a lower concentrate flow associated with a low transmembrane pressure, since under these conditions will produce less waste, and the permeate will present lower concentrations of the analyzed constituent, especially lower turbidity.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Apesar das inúmeras vantagens advindas do uso da tecnologia de membranas filtrantes, algumas limitações inerentes ao processo de incrustação tornam-se relevantes para sua aplicabilidade. O controle das condições operacionais consiste em importante ferramenta para mitigar o fouling e alcançar bons níveis de eficiência. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito da pressão transmembrana e da vazão de concentrado no desempenho da ultrafiltração, aplicada ao pós-tratamento de esgoto sanitário. O processo foi avaliado e otimizado variando-se a pressão (0,5 e 1,5 bar) e a vazão de concentrado (300 e 600 L/h), por meio de um planejamento fatorial 22, a fim de investigar os efeitos no fluxo permeado e na qualidade dos efluentes gerados, em cada condição operacional. Avaliaram-se os seguintes indicadores de qualidade para os permeados: pH, Condutividade Elétrica, Sólidos Suspensos Totais, Turbidez, Cálcio e Demanda Química de Oxigênio (DQO). Em todos os ensaios, observou-se diminuição acentuada do fluxo permeado nos instantes iniciais, seguida de uma queda lenta que se prolongou até atingir um patamar relativamente constante por volta dos 120 minutos de filtração. O aumento da pressão resultou em maior fluxo permeado inicial, porém a queda do fluxo com o tempo foi maior para os ensaios realizados a pressão mais elevada, evidenciando um processo de incrustação mais pronunciado. Por outro lado, o aumento da vazão de concentrado resultou em queda mais lenta de fluxo permeado com o tempo de filtração. Com relação a qualidade dos permeados, a pressão transmembrana de 0,5 bar foi a que permitiu melhores resultados, sendo confirmado estatisticamente, por meio do teste da ANOVA two-way com medidas repetidas, efeito significativo da pressão sobre a turbidez do permeado. A vazão de concentrado, por sua vez, não apresentou influência significativa sobre nenhum dos parâmetros de qualidade. Dessa forma, considerando que o efeito do aumento da vazão de concentrado no retardamento do fouling não resultou em melhoria significativa do fluxo permeado, conclui-se que a condição operacional otimizada para a geração de permeados com maior grau de pureza, associado a geração de um menor volume de resíduo, consiste naquela em que se aplica uma pressão transmembrana baixa associada a uma vazão menor de concentrado.