11:23 A escolha da tecnologia de membranas errada pode resultar numa má qualidade da água, num rápido acúmulo de resíduos, num elevado consumo de energia ou numa estação de tratamento sobredimensionada. O problema é que os sistemas MBR e RO são frequentemente considerados concorrentes. Na prática, desempenham funções diferentes — e, muitas vezes, funcionam melhor em conjunto.
A principal diferença entre o MBR e o RO é que um O MBR combina processos biológicos tratamento por filtração por membrana para remover matéria orgânica, biomassa e sólidos em suspensão das águas residuais. A osmose inversa (RO) utiliza pressão e uma membrana semipermeável para remover sais dissolvidos, iões e muitos contaminantes de pequenas dimensões. O MBR trata as águas residuais por via biológica; a RO purifica ainda mais a água para reutilização ou aplicações que exijam elevada pureza.
MBR vs. RO: Qual é a diferença no tratamento de águas residuais?
Um MBR, ou biorreator de membrana, é um processo de tratamento de águas residuais que combina um reator biológico de lamas ativadas com uma barreira física de membrana. Os microrganismos decompõem os poluentes biodegradáveis, enquanto a membrana do MBR separa a água tratada das lamas ativadas, das bactérias e dos sólidos em suspensão.
A RO, ou osmose inversa, é um processo de membrana impulsionado por pressão. Este processo faz passar a água através de uma membrana semipermeável de alta densidade, rejeitando uma grande parte dos sais dissolvidos, iões, metais e outros pequenos contaminantes. RO é utilizada na produção de água pura, na dessalinização, em sistemas de água de processo, na preparação de água de alimentação de caldeiras, no fabrico de produtos eletrónicos e na reutilização avançada de águas residuais.
As duas tecnologias de tratamento abordam, portanto, problemas diferentes relacionados com a qualidade da água:
| Tecnologia | Função principal do tratamento |
|---|---|
| MBR | Degradação biológica e separação sólido-líquido |
| RO | Remoção de sais dissolvidos e de pequenos contaminantes dissolvidos |
| MBR + RO | Tratamento avançado de águas residuais e reutilização de água de alta qualidade |
A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) descreve os MBR como sistemas que combinam um reator biológico de crescimento suspenso com a remoção de sólidos através da filtração por membrana. A EPA refere ainda que os MBR podem proporcionar uma elevada remoção da procura bioquímica de oxigénio, de sólidos em suspensão, de bactérias e, quando devidamente concebidos, de nutrientes.
Um sistema MBR típico recebe águas residuais pré-filtradas num tanque biológico. É fornecido ar para apoiar os microrganismos que consomem os poluentes orgânicos. Dependendo dos objetivos do tratamento, a estação pode incluir zonas anaeróbicas, anóxicas e aeróbicas para o controlo do azoto e do fósforo.
A mistura entra então em contacto com um módulo de membrana de fibra oca ou de folha plana. A água passa pelos poros da membrana, enquanto o lodo ativado e os sólidos em suspensão permanecem no tanque biológico. O permeado recolhido constitui o efluente do MBR.
Um processo MBR simplificado tem o seguinte aspeto:
Águas residuais não tratadas
↓
Crivagem e equalização
↓
Tanque de tratamento biológico
↓
Aeração e separação por membranas
↓
Desinfecção ou tratamento adicional
↓
Água tratada ou reutilização da água
A membrana física substitui o clarificador secundário utilizado num sistema convencional de lamas ativadas. Isto permite que o processo MBR retenha a biomassa independentemente do caudal de água tratada e, frequentemente, funcione com uma concentração mais elevada do licor misto.
O resultado é um design compacto com uma separação estável entre sólidos e líquidos. No entanto, o processo de tratamento biológico continua a exigir uma carga adequada, aeração, idade das lamas, temperatura, pH, equilíbrio de nutrientes e pré-tratamento.
Um MBR não é simplesmente um tanque de filtração. Trata-se de um sistema de tratamento biológico controlado, apoiado pela filtração por membrana.
A osmose inversa utiliza uma bomba para criar pressão no lado da água de alimentação de um Membrana de osmose inversa. As moléculas de água atravessam a membrana semipermeável, enquanto grande parte do material dissolvido permanece num fluxo de rejeito concentrado.
O processo cria dois fluxos:
A EPA explica que a pressão da osmose inversa (RO) força a água a passar através de uma membrana que retém os contaminantes, permitindo ao mesmo tempo a passagem da água tratada. Ao contrário da filtração comum, o processo também gera um fluxo de rejeito concentrado que tem de ser gerido.
Um sistema de osmose inversa (RO) comum pode incluir:
A osmose inversa não recorre a microrganismos. Trata-se de um processo de separação física. Além disso, normalmente não é utilizada como primeira etapa de tratamento de águas residuais brutas ou de águas residuais industriais altamente poluídas.
As partículas em suspensão, o óleo, os sólidos biológicos e as elevadas cargas orgânicas podem obstruir rapidamente uma membrana de osmose inversa (RO). Por este motivo, o processo de osmose inversa (RO) requer normalmente um pré-tratamento rigoroso.
MBR vs. RO: Qual é a diferença no tratamento de águas residuais?
A principal diferença entre o MBR e o RO reside no que cada processo remove e na forma como o faz.
AO MBR combina o tratamento biológico através de filtração por membrana. Os microrganismos consomem a poluição orgânica biodegradável, enquanto a membrana retém a biomassa e os sólidos.
A osmose inversa não degrada biologicamente a poluição. Em vez disso, a pressão faz com que a água passe através de uma membrana densa que rejeita muitas substâncias dissolvidas.
| Ponto de comparação | MBR | RO |
|---|---|---|
| Nome completo | Biorreator de membrana | Osmose inversa |
| Objetivo principal | Tratamento biológico de águas residuais | Purificação e dessalinização da água |
| Mecanismo de acionamento | Atividade biológica, juntamente com filtração ou sucção | Separação por membrana de alta pressão |
| Alimentação típica | Águas residuais municipais ou industriais | Água pré-tratada ou efluente de MBR |
| Remove os sólidos em suspensão | De forma muito eficaz | A ração já deve conter muito poucas |
| Elimina os resíduos orgânicos biodegradáveis | Sim, através do tratamento biológico | Algumas são rejeitadas, mas não são submetidas a tratamento biológico |
| Remove os sais dissolvidos | Limitada | Sim |
| Elimina os iões de dureza | Limitada | Sim |
| Produz lamas biológicas | Sim | Sem lamas biológicas |
| Produz concentrado | Normalmente, não se trata de um concentrado de solução salina | Sim |
| Tipo de membrana comum | Microfiltração ou ultrafiltração | Membrana RO de alta densidade |
| Pressão de funcionamento | Relativamente baixo | Mais alto |
| Posição comum | Etapa principal do tratamento de águas residuais | Fase de polimento avançado |
| Principal risco de incrustação | Biomassa e deposição orgânica | Incrustações, substâncias orgânicas, colóides e bioincrustação |
Os sistemas não são, portanto, substitutos diretos. Perguntar se o MBR ou a RO são “melhores” é como perguntar se um reator biológico ou uma unidade de dessalinização é melhor. A resposta correta depende da água de alimentação e da qualidade exigida na saída.
Um MBR é altamente eficaz na remoção de sólidos em suspensão, biomassa, turbidez e matéria orgânica biodegradável. Com um projeto biológico adequado, também pode remover azoto e fósforo.
A barreira de membrana ajuda a impedir que o lodo ativado e muitos microrganismos sejam arrastados pela água tratada. Isto confere, geralmente, ao efluente do MBR uma menor turbidez e uma qualidade mais estável em termos de sólidos em suspensão do que o efluente de um clarificador secundário convencional.
No entanto, uma membrana MBR não remove de forma eficiente todos os sais dissolvidos. O sódio, o cloreto, a condutividade, a dureza e muitas outras pequenas substâncias dissolvidas podem permanecer na água.
A RO concentra-se nestes contaminantes dissolvidos de menor dimensão.
| Parâmetro de qualidade da água | Desempenho do MBR | Desempenho do RO |
|---|---|---|
| Sólidos em suspensão | Remoção muito eficaz | Tem de ser minimizado antes do RO |
| Turbulência | Redução muito acentuada | Aperfeiçoamento adicional |
| Substâncias orgânicas biodegradáveis | Remoção biológica | Rejeição parcial dos compostos restantes |
| Bactérias | Forte retenção física | Barreira adicional |
| Sais dissolvidos | Remoção limitada | Remoção completa |
| Condutividade | Normalmente, uma redução mínima | Redução significativa |
| Dureza | Limitada | Forte redução |
| Iões de metais pesados | Depende da forma e do pré-tratamento | Frequentemente, uma forte rejeição |
| Nutrientes | Remoção biológica quando concebida | Remoção adicional de iões dissolvidos |
| Cor | Variável | Frequentemente melhora após o pré-tratamento |
| Óleo e gordura | Tem de ser controlado | Nocivo para a membrana RO |
A ficha informativa da EPA sobre o MBR indica que as membranas são eficazes na retenção de materiais sólidos, mas que os componentes dissolvidos nas águas residuais podem necessitar de etapas de tratamento adicionais. Esta é uma das principais razões para a instalação de RO a jusante do MBR em sistemas avançados de reutilização de água.
Um processo convencional de lamas ativadas utiliza um reator biológico seguido de um tanque de sedimentação secundária. O tanque de sedimentação depende da formação de flocos de lamas que se sedimentem bem.
Um MBR utiliza uma membrana em vez de depender exclusivamente da sedimentação por gravidade. Por conseguinte, uma fraca capacidade de sedimentação das lamas tem um efeito menos direto nos sólidos em suspensão do efluente.
As principais vantagens dos biorreatores de membrana podem incluir:
Estas vantagens tornam uma solução MBR útil para hotéis, parques industriais, instalações municipais, fábricas de produtos alimentares, fábricas farmacêuticas, explorações agrícolas, instalações em contentores e projetos com espaço disponível limitado.
No entanto, o tratamento convencional por lamas ativadas pode ainda ser adequado quando há terrenos disponíveis, os requisitos de descarga são moderados, os operadores têm experiência e os orçamentos dos projetos são limitados.
O MBR também acarreta responsabilidades adicionais:
A EPA salienta que os sistemas MBR requerem pré-tratamento, controlo de incrustações, limpeza das membranas, lavagem com ar e, eventualmente, substituição das membranas. Aconselha ainda um dimensionamento cuidadoso para os caudais hidráulicos de pico.
MBR vs. RO: Qual é a diferença no tratamento de águas residuais?
Um sistema MBR e RO é frequentemente escolhido quando um projeto tem de converter águas residuais em água de processo reutilizável.
O MBR remove, em primeiro lugar, a poluição biodegradável, a biomassa e as partículas em suspensão. O sistema de osmose inversa (RO) remove, em seguida, os sais dissolvidos e outros contaminantes dissolvidos remanescentes. Em conjunto, formam um processo de tratamento em várias etapas.
Uma estação de reutilização típica pode seguir esta sequência:
Águas residuais brutas
↓
Cribagem e equalização
↓
Pré-tratamento de óleos, gorduras ou produtos químicos
↓
Tratamento biológico por MBR
↓
Tanque de permeado do MBR
↓
Pré-tratamento por RO e dosagem de produtos químicos
↓
Osmose inversa
↓
UV, EDI ou tratamento de acabamento
↓
Reutilização industrial ou água de alta pureza
Os sistemas MBR e RO podem ser combinados para:
Não se deve instalar um sistema de osmose inversa (RO) apenas porque a ideia de “água de melhor qualidade” parece apelativa. Os engenheiros devem, em primeiro lugar, definir a condutividade, o total de sólidos dissolvidos, a dureza, a sílica, o boro, a matéria orgânica, os agentes patogénicos e a norma final de reutilização.
Se a utilização final for a rega de jardins ou a descarga de sanitas, um efluente de MBR de alta qualidade, acompanhado de desinfeção, poderá ser suficiente. Se a água for destinada a caldeiras, à produção de precisão ou a um módulo EDI, poderá ser necessária a osmose inversa (RO).
Ambos os sistemas podem causar incrustações, mas os mecanismos de incrustação diferem.
Num MBR, obstrução da membrana provém frequentemente de biomassa, substâncias poliméricas extracelulares, colóides, fibras, gorduras, óleo, depósitos inorgânicos e sólidos aderidos à superfície da membrana ou retidos nos seus poros.
As medidas de controlo comuns da incrustação no MBR incluem:
Um sistema MBR submerso utiliza normalmente ar por baixo do módulo de membranas. As bolhas que sobem ajudam a limpar a superfície da membrana e a reduzir a acumulação de sólidos. Esta aeração também contribui para o consumo de energia de um MBR.
A obstrução do sistema de osmose inversa (RO) pode incluir:
A proteção do sistema de osmose inversa (RO) pode exigir o ajuste do pH, a dosagem de antiescalante, a filtração por cartucho, o carvão ativado, a ultrafiltração, o amaciamento, a decloração ou outro pré-tratamento.
Uma lição fundamental de engenharia é simples:
A limpeza da membrana deve complementar um bom projeto, e não compensar um pré-tratamento deficiente.
A limpeza frequente pode reduzir o tempo de produção, aumentar o consumo de produtos químicos, encurtar a vida útil da membrana e elevar os custos operacionais. A análise da água de alimentação e a realização de ensaios-piloto revelam-se frequentemente úteis no caso de fluxos de águas residuais complexos.
O consumo de energia do sistema MBR provém principalmente da aeração biológica, da lavagem das membranas com ar, da recirculação interna, da extração do permeado, do tratamento das lamas e do bombeamento.
O consumo de energia na osmose inversa (RO) deve-se principalmente à pressão necessária para fazer passar a água através da membrana. A pressão necessária aumenta com a salinidade da água de alimentação, a meta de recuperação, o estado da membrana e a conceção do sistema.
Segue-se uma comparação simples:
| Fator de custo | MBR | RO |
|---|---|---|
| Aeração biológica | Custo elevado | Não aplicável |
| Limpeza com ar por membrana | Importante | Não é normalmente utilizado |
| Bombeamento de alta pressão | Baixo ou moderado | Custo elevado |
| Produtos químicos de limpeza | Obrigatório | Obrigatório |
| Eliminação biológica de lamas | Obrigatório | Não produzido pela própria RO |
| Eliminação de concentrados | Limitações no funcionamento normal do MBR | Consideração essencial |
| Substituição da membrana | A realizar periodicamente | A realizar periodicamente |
| Pré-tratamento | Rastreio e tratamento específico para cada processo | É essencial um pré-tratamento de alta qualidade |
| Competências do operador | Conhecimentos sobre biologia e membranas | Conhecimentos sobre química e membranas |
Nenhum dos sistemas tem um custo de exploração universal. O custo depende da dimensão da estação, da qualidade do efluente de entrada, da variação do caudal, dos requisitos relativos ao efluente de saída, do preço da eletricidade, dos produtos químicos, da taxa de recuperação, da área da membrana, da automatização e da eliminação do concentrado.
Os engenheiros devem comparar o custo do ciclo de vida, em vez de se limitarem apenas ao preço do equipamento. Um sistema mais barato que fica obstruído todas as semanas pode tornar-se dispendioso muito rapidamente.
O processo correto de tratamento da água começa com dados laboratoriais e um objetivo claro para a água de saída.
No mínimo, os engenheiros devem analisar:
Uma abordagem prática para a seleção consiste em:
Um pedido de orçamento útil deve incluir mais do que apenas o caudal necessário.
| Informações sobre o projeto | Exemplo |
|---|---|
| Fonte de águas residuais | Fábrica de tingimento têxtil |
| Caudal médio | 1 000 m³/dia |
| Fluxo máximo | 60 m³/hora |
| DQO na água de entrada | Dados laboratoriais necessários |
| Sólidos em suspensão | Dados laboratoriais necessários |
| Condutividade | Dados laboratoriais necessários |
| Tomada necessária | Reutilização de água de processo |
| Horário de funcionamento | 24 horas por dia |
| Área útil disponível | Comprimento × largura × altura |
| Tipo de instalação | Civil, montado em skid ou em contentor |
| Automação | PLC e SCADA |
| Fonte de alimentação | Tensão, fase e frequência |
| Clima | Temperatura ambiente e da água |
| Limites de descarga | Requisitos regulamentares locais |
| Documentação | PFD, P&ID, desenho GA, manuais e certificados |
| Serviços | Orientações para a instalação e colocação em funcionamento |
No caso de estações complexas de tratamento de águas residuais industriais, uma amostra de água raramente é suficiente. A qualidade das águas residuais pode variar consoante o turno, o lote de produção, a estação do ano ou o ciclo de limpeza.
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Considere uma unidade de produção que pretende reduzir o consumo de água doce. O seu sistema de tratamento convencional atual produz água que cumpre os requisitos básicos de descarga, mas o efluente continua a apresentar turbidez instável, sais dissolvidos e um teor de matéria orgânica variável.
Enviar esta água diretamente para o sistema de osmose inversa (RO) provoca um entupimento frequente da membrana. Os filtros de cartucho ficam rapidamente obstruídos. A limpeza torna-se mais frequente e a produção do sistema de osmose inversa diminui.
Uma solução de tratamento mais adequada pode incluir:
O MBR fornece água de alimentação estável e com baixa turbidez. A osmose inversa (RO) reduz, em seguida, os sais dissolvidos. A unidade pode reutilizar a água final para lavagem, arrefecimento, apoio à produção ou outras utilizações aprovadas.
A lição é importante: a osmose inversa (RO) tem um melhor desempenho quando o sistema de tratamento a montante a protege. O MBR pode constituir uma barreira biológica e física eficaz, mas o projeto global deve ainda ter em conta a formação de incrustações, os compostos orgânicos residuais, a sílica, a dureza e a eliminação do concentrado.
Não de forma eficaz. Um MBR remove matéria orgânica biodegradável, sólidos em suspensão, biomassa e muitos microrganismos. A maioria dos sais dissolvidos atravessa a membrana do MBR. É necessária a osmose inversa (RO) ou outro processo de dessalinização quando é necessário reduzir a condutividade ou o TDS.
Normalmente, não deve ser utilizada diretamente em águas residuais não tratadas. Os sólidos em suspensão, o óleo, a matéria orgânica, os microrganismos e os detritos podem obstruir rapidamente uma membrana de osmose inversa. As águas residuais não tratadas necessitam, em primeiro lugar, de um tratamento físico, químico e biológico adequado.
Pode ser um excelente ponto de partida, uma vez que normalmente apresenta níveis muito baixos de sólidos em suspensão e turbidez. No entanto, os engenheiros devem ainda verificar os compostos orgânicos dissolvidos, a dureza, a sílica, os metais, a temperatura, o pH, o potencial de formação de incrustações e a atividade biológica.
Os custos com o equipamento MBR e com a energia podem ser mais elevados, mas o processo permite reduzir as necessidades de terreno, eliminar os clarificadores secundários, melhorar a qualidade do efluente e simplificar a reutilização da água. A melhor opção depende do custo do ciclo de vida e dos objetivos do projeto.
Sim. O funcionamento do MBR inclui lavagem com ar, relaxamento, retrolavagem (quando aplicável), limpeza de manutenção e limpeza de recuperação periódica. A frequência da limpeza depende da qualidade das águas residuais, do fluxo, do pré-tratamento e do controlo operacional.
O concentrado deve ser descarregado, tratado, evaporado, reciclado ou gerido de acordo com a regulamentação local e as condições do local. A gestão do concentrado deve ser tida em conta durante a fase inicial de conceção — e não após a instalação da estação de osmose inversa.
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