Processos membranares

1.2.7.4.1. Osmose inversa, Nano e Ultrafiltração

A osmose inversa é um dos processos membranares mais estudados (Li et al., 2004; Košutid et al., 2007, Radjenovid et al., 2008). Este método difusivo é normalmente aplicado na remoção de moléculas e iões com dimensões elevadas de efluentes líquidos, através da aplicação de pressão na solução de um dos lados da membrana selectiva semi-permeável. Os contaminantes são retidos no lado pressurizado da membrana e o efluente tratado atravessa-a. No caso da osmose inversa, o fluxo ocorre contra o gradiente de concentrações. Esta metodologia é bastante eficiente na redução da concentração de sais dissolvidos, mas apresenta algumas limitações no tratamento de efluentes contendo compostos orgânicos.

O processo de osmose inversa está dependente das propriedades das membranas escolhidas, nomeadamente da sua estrutura (porosidade, resistência química, etc.). As membranas devem ser resistentes ao ataque químico e microbiológico e devem ser mecânica e estruturalmente estáveis durante longos períodos de tempo (Meyer et al., 2003). Por estas razões, as membranas poliméricas são as mais utilizadas. Este tipo de processos não necessita de energia térmica, mas apenas energia eléctrica para alimentar uma bomba, são simples e possuem uma elevada eficiência energética. Contudo, esta técnica também possui desvantagens: as membranas são facilmente danificadas e são susceptíveis a ataques de agentes oxidantes.

Tal como mencionado anteriormente, os poros destas membranas não são capazes de bloquear todas as moléculas (dp = 1 nm). Por esta razão, os filtros de carbono são muitas vezes utilizados como técnica complementar (Binnie et al., 2008). Para além disso, a osmose inversa é um processo moroso quando comparado com outras técnicas.

Tal como a osmose inversa, a nano e ultrafiltração são processos membranares (Li et al., 2004; Košutid et al., 2007; Koyuncu et al., 2008; Radjenovid et al., 2008). Nestas técnicas a filtração ocorre em fluxo cruzado, permitindo uma separação selectiva dos compostos orgânicos do restante efluente sobre uma membrana semi-permeável. As membranas utilizadas neste processo são geralmente carregadas (grupos carboxílicos e sulfónicos) e, por isso, são os efeitos de repulsão iónica que dominam o processo. Tal como na osmose inversa, é a diferença de pressões entre a alimentação e o filtrado que constitui a força motriz destes processos (Košutid et al., 2007), mas estas técnicas são capazes de remover moléculas de pequenas dimensões.

Existem alguns estudos sobre a aplicabilidade da osmose inversa, nano e ultrafiltração para a remoção de antibióticos. Na maioria dos estudos, as percentagens de remoção obtidas são superiores a 90% para qualquer uma das classes analisadas (Adams et al., 2002; Kŏsutid et al., 2007;

Li et al., 2004; Radjenovid et al., 2008). Koyuncu et al. (2008) obtiveram os valores mais baixos para a remoção de tetraciclinas (50-80%) e sulfonamidas (11-20%).

Tal como a adsorção, estas tecnologias possuem a desvantagem de produzir um novo resíduo sólido. Até ao momento, estas técnicas têm sido utilizadas em combinação com outras metodologias. A osmose inversa, nano e ultrafiltração são processos sensíveis à temperatura (este parâmetro afecta significativamente a pressão de alimentação da bomba e o fluxo hidráulico) e à matéria orgânica presente nas matrizes aquosas. A existência de elevadas concentrações de contaminantes limita a utilização destes processos devido à deterioração da membrana.

1.2.7.4.2. Permuta iónica

A permuta iónica é o processo no qual iões presentes numa superfície sólida de um adsorvente são permutados com iões presentes numa fase líquida. Neste processo os catiões são permutados com outros catiões e os aniões com outros aniões, mantendo-se a electroneutralidade em ambas as fases (Choi et al., 2007). As membranas de permuta iónica podem ser consideradas de troca aniónica ou catiónica. As primeiras contêm grupos carregados positivamente na sua superfície (-NH3+, -NRH2+, -NR2H+, -NR3+) e por isso, permitem a passagem dos aniões. Já as membranas de permuta catiónica possuem grupos carregados negativamente (-SO3-, -COO-, -PO32-) e permitem a passagem de catiões. Dependendo da sua preparação, as membranas podem ser classificadas em homogéneas ou heterogéneas. Se os grupos carregados estão quimicamente ligados à matriz da membrana, então esta é classificada como homogénea. Se estes grupos estiverem fisicamente incorporados na matriz da membrana esta é considerada heterogénea (Xu, 2005). As membranas mais utilizadas são as poliméricas (resinas de estireno e acrílico) devido à sua estabilidade química e mecânica e à sua elevadas selectividade (Dickert, 2000). No entanto, estas podem também ser preparadas a partir de materiais inorgânicos, nomeadamente zeólitos, bentonite e sais fosfatados. Neste caso, as membranas, para além de serem mais caras, possuem poros de elevadas dimensões e propriedades electroquímicas que não favorecem o processo (Xu, 2005; Nagarale et al., 2006).

Os sistemas de permuta iónica têm sido aplicados no tratamento de águas, nomeadamente de consumo. Todavia, este tipo de metodologia possui a desvantagem de as membranas necessitarem de ser lavadas e regeneradas ao fim de algum tempo de utilização. Outra questão importante é o aparecimento de incrustações nas membranas (fouling), que muitas vezes são irreversíveis (Üstün et al., 2007). Por outro lado, este processo tem a vantagem de ser reversível, permitindo a utilização do mesmo adsorvente por longos períodos de tempo e de ser aplicado de forma semi-contínua. Devido à necessidade de regenerar o adsorvente, estes sistemas são normalmente projectados com várias

resina polimérica para remover trimetoprim, carbadox e sulfonamidas de uma matriz aquosa, tendo verificado que este processo era ineficaz. Choi et al. (2007) também estudaram a aplicabilidade de uma outra resina polimérica na remoção de sulfonamidas e tetraciclinas. Os autores obtiveram elevadas taxas de remoção (90% para as sulfonamidas e >80% para as tetraciclinas), mas detectaram algumas interferências com compostos orgânicos. No contexto do tratamento de águas contaminadas com antibióticos, a permuta iónica é uma técnica pouco usada, sendo apenas eficaz na remoção de antibióticos que possuam grupos ionizáveis na sua estrutura.