Resumo das aplicações da tecnologia de membrana de ultrafiltração

Resumo das Aplicações da Tecnologia de Membranas de Ultrafiltração

Aplicações da Tecnologia de Ultrafiltração (UF)

Princípio de Funcionamento da Ultrafiltração:

A Ultrafiltração (UF) é uma tecnologia avançada de separação por membrana desenvolvida nos últimos anos, impulsionada principalmente pela ciência dos materiais. Ela tem sido amplamente aplicada em vários setores industriais e municipais.

A UF é um processo de separação por membrana impulsionado por pressão que utiliza a capacidade de filtragem de materiais porosos para separar matéria particulada de fluidos e componentes dissolvidos. O tamanho típico dos poros das membranas de ultrafiltração varia de 0,01 a 0,1 mícrons, proporcionando altas taxas de remoção de bactérias, a maioria dos vírus, coloides e lodo. Quanto menor o tamanho nominal dos poros, maior a taxa de remoção. As membranas de ultrafiltração são tipicamente feitas de materiais poliméricos de alta qualidade, que são principalmente hidrofóbicos por natureza, embora possam ser modificados para aumentar sua hidrofilicidade. Este processo opera em temperaturas ambientes, sem mudanças de fase, e não causa poluição secundária.

As membranas de ultrafiltração utilizam materiais de fluoreto de polivinilideno (PVDF), que estão em uma estrutura de fibra oca de dupla camada. As membranas de ultrafiltração de PVDF normalmente têm o menor tamanho nominal de poro, removendo efetivamente quase todas as partículas, bactérias (taxa de remoção de 4-log), a maioria dos vírus e coloides. Apesar do pequeno tamanho dos poros, sua alta porosidade permite que a UF atinja um fluxo comparável à microfiltração, tornando-a uma escolha melhor na maioria dos casos.

A ultrafiltração utiliza uma estrutura de pressão externa, que evita o entupimento, oferece maior capacidade de incrustação, maior área de filtração e limpeza mais fácil. O modo de filtração pode ser alterado de fluxo cruzado para fluxo de extremidade cega, sendo que este último oferece menor consumo de energia, menor pressão de operação e, portanto, menores custos operacionais. A filtração por fluxo cruzado, no entanto, é mais adequada para processar fluidos com maior teor de sólidos suspensos. A escolha do modo de operação depende do teor de sólidos suspensos na água de alimentação.

A UF geralmente opera em um modo de fluxo constante, com a pressão transmembrana (TMP) aumentando gradualmente ao longo do tempo. A retrolavagem regular ou a lavagem com ar podem remover a camada de incrustação, enquanto biocidas ou outros agentes de limpeza podem controlar o crescimento microbiano e remover poluentes de forma mais eficaz.

No tratamento de água, a UF é usada para purificar a água removendo partículas finas, coloides, bactérias, vírus, endotoxinas, proteínas e compostos orgânicos de alto peso molecular.

Vantagens e Desvantagens da Ultrafiltração

Vantagens e Características da Ultrafiltração

• Longa Vida Útil:As membranas de UF feitas de materiais PVDF especialmente projetados, com modificações hidrofílicas, possuem excelentes propriedades antioxidantes, resistência à fadiga, resistência à incrustação e longa vida útil.

• Alta Qualidade da Água:A precisão média de filtração da UF é de 0,03 µm, com alta pressão de ponto de bolha. Sua taxa de remoção de bactérias atinge 6-log, proporcionando melhor qualidade da água.

• Ampla Aplicabilidade:A estrutura de pressão externa e o design patenteado de distribuição de água da UF permitem um maior teor de sólidos suspensos na água de alimentação, tornando-a adequada para aplicações com má qualidade da água, garantindo altas taxas de recuperação de água.

• Baixos Custos Operacionais:O sistema de UF de pressão externa utiliza um método de limpeza misto ar-água econômico para manter um fluxo estável a longo prazo, economizando em agentes de limpeza química.

Principais Aplicações da Ultrafiltração

A ultrafiltração é aplicada principalmente em três áreas: aplicações industriais, processos alimentícios e bioquímicos e água potável. Estes serão detalhados abaixo.

1. Aplicações Industriais:A ultrafiltração em processos industriais pode ser dividida em três tipos:

   • (1) Concentração

   • (2) Separação de solutos de pequenas moléculas

   • (3) Fracionamento de solutos de grandes moléculas.

   A maioria das aplicações industriais se enquadra na concentração. Os métodos podem ser usados para separar solutos de pequenas moléculas em combinação com moléculas grandes. Por exemplo, a separação de cálcio livre e proteínas ligadas ao cálcio é um caso. A separação de solutos de pequenas moléculas, como dessalinização e troca iônica, pode ser realizada por ultrafiltração isoladamente ou em combinação com diálise. O fracionamento de solutos de grandes moléculas pode ser alcançado usando membranas com diferentes valores de corte de peso molecular ou combinando várias unidades de UF com valores de corte progressivamente decrescentes.

   As Aplicações Industriais Incluem:

   • Recuperação de tinta eletroforética

   • Recuperação de águas residuais de óleo

   • Tratamento de águas residuais com metais pesados

   • Outras aplicações industriais

2. Recuperação de Tinta Eletroforética:Durante o revestimento eletroforético de metal, objetos de metal carregados são imersos em um tanque com tinta com carga oposta, formando um revestimento uniforme na superfície do metal. A tinta é então enxaguada. Para proteger o meio ambiente e economizar energia, a UF é usada para reter resinas poliméricas e partículas de pigmento, permitindo que sais inorgânicos, água e solventes passem. Os componentes retidos são devolvidos ao tanque de tinta eletroforética.

3. Recuperação de Águas Residuais de Óleo:Emulsões óleo-água são amplamente utilizadas em usinagem de metais, particularmente em processos de corte e retificação. A UF pode separar efetivamente o óleo das águas residuais porque a tensão interfacial entre óleo e água impede que as gotículas de óleo passem pela membrana. O efluente filtrado geralmente contém concentrações de óleo abaixo de 10g/m³, atendendo aos padrões de descarga. O líquido concentrado pode conter 30%-60% de óleo e pode ser usado para combustão ou outras aplicações.

4. Tratamento de Águas Residuais com Metais Pesados:A ultrafiltração aprimorada por micelas (MEUF) é um desenvolvimento recente que combina UF com tecnologia de surfactantes. Ao adicionar surfactantes acima de sua concentração micelar crítica, as extremidades hidrofóbicas das micelas prendem os cátions metálicos, e as membranas de UF com um corte de peso molecular menor do que o das micelas podem remover efetivamente os íons metálicos.

   A MEUF pode separar efetivamente íons como Cd²⁺, Zn²⁺ e Pb²⁺ com alta eficiência de remoção e é aplicável para tratamento de águas residuais com íons metálicos. No entanto, a MEUF não é adequada para baixas concentrações de íons metálicos.

5. Outras Aplicações Industriais:

   • Produção de Água Purificada para Eletrônicos:A UF é usada para remover coloides, partículas e bactérias para produzir água de alta pureza, essencial para indústrias como a fabricação de semicondutores.

   • Tratamento de Águas Residuais na Indústria Alimentícia:A UF é empregada para tratar águas residuais contendo amido e enzimas na indústria de processamento de alimentos.

   • Tratamento de Líquido de Lavagem de Lã:A UF pode ser usada para tratar líquidos de lavagem contendo graxa de lã emulsionada.

   • Tratamento de Efluentes de Fábricas de Papel:A UF é usada para separar e concentrar lignossulfonatos em efluentes de fábricas de papel.

1. Indústria de Laticínios (Processamento de Soro de Leite):A ultrafiltração é amplamente utilizada na indústria de laticínios, especialmente no processamento de soro de leite. Ao concentrar o soro de leite, a UF pode separar proteínas, resultando em soro de leite em pó que pode ser usado como substituto do leite em pó desnatado em produtos de panificação. A ultrafiltração também pode produzir produtos ricos em proteínas para alimentos para bebês, com a remoção da lactose.

2. Clarificação de Sucos:A UF é usada para clarificar sucos de frutas frescas, como suco de maçã, que geralmente contém pectina e outros compostos. Este método reduz a necessidade de enzimas, argila e gelatina, economizando materiais, mão de obra e tempo. A qualidade do suco também é melhorada e sua vida útil é estendida devido à remoção de microrganismos.

3. Extração de Albumina Sérica:A UF é usada para separar a albumina sérica do plasma em um processo de várias etapas. A albumina é filtrada usando membranas de UF com diferentes cortes de peso molecular, ajudando a concentrar e purificar a albumina sérica.

Conclusão

A tecnologia de Ultrafiltração (UF) é uma técnica de separação por membrana versátil e eficiente, amplamente aplicada em várias indústrias, incluindo tratamento de água, alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos e muito mais. Sua capacidade de remover partículas finas, bactérias, vírus e outros contaminantes a torna uma ferramenta inestimável para alcançar alta qualidade da água, purificar águas residuais e aprimorar processos industriais.