Avaliação do processo de incrustação em membranas poliméricas usadas na remoção de fluoretos por nanofiltração e osmose reversa

Abstract

O Brasil sofre escassez de água doce potável, pois apesar de apresentar um grande volume de água superficial, essa água é mal distribuída ao longo do território. A água subterrânea serve como uma opção economicamente viável, porém geralmente apresenta contaminantes inorgânicos, sendo o flúor um dos mais comuns. Para a remoção de fluoretos, processos de separação por membranas de nanofiltração (NF) e osmose reversa (OR) são os mais utilizados, mas a incrustação da membrana (fouling) é um dos maiores problemas encontrados nesses processos. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as incrustações em membranas poliméricas usadas em processos de remoção de fluoretos por nanofiltração (membranas NF270 e NF90) e osmose reversa (membranas BW30). Foi avaliado o desempenho dessas membranas quanto à rejeição de fluoretos utilizando uma solução aquosa sintética e uma água real de poço (com e sem adição de fluoreto) variando pressão e vazão. As membranas incrustadas, após os ensaios de permeação, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão em energia (MEV-EDS), análise termogravimétrica (TGA), e espectrometria por fluorescência de raios-X (FRX). Quanto a rejeição ao fluoreto, para a solução aquosa sintética, as membranas NF270, NF90 e BW30 obtiveram 82%, 100% e 98%, respectivamente. Já para a água de poço sem adição de fluoreto as rejeições foram de 67%, 87% e 88%, respectivamente, e com adição de fluoreto 94% para a membrana BW30. As pressões e vazões avaliadas não tiveram influência significativa na rejeição de fluoretos. Pelas análises de MEV-EDS foi visualmente perceptível os vestígios de incrustantes presentes nas membranas, os resultados apresentaram incrustações por depósitos inorgânicos como Ca, Fe e Si, o mesmo encontrado nas análises de FRX (Fe e Si). A água de poço apresentou carbono orgânico total de 2,2 mg L-1, podendo haver também depósito de matéria orgânica (fouling). Quanto ao TGA não houve diferença entre as membranas com e sem uso, porém a camada depositada sobre as membranas degradou 39%, restando 61% que representa os incrustantes inorgânicos encontrados na análise de MEV-EDS, os quais não degradam na temperatura analisada. As membranas NF90 e BW30 se mostraram eficientes na rejeição de fluoretos, porém a NF90 incrusta mais facilmente. Embora a BW30 apresentou melhores resultados, ela também incrustou, sendo necessário então um pré-tratamento para minimizar a incrustação.

Brazil suffers from a shortage of drinking water, despite having a large volume of surface water, it’s poorly distributed throughout the territory. Groundwater serves as an economically viable option, though it usually contains inorganic contaminants, fluoride being one of the most common. For the removal of fluorides, separation processes by nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membranes are the most applied. Membrane fouling is one of the biggest problems found in these processes. Thus, this study aims to evaluate the fouling in polymeric membranes used in fluoride removal processes by nanofiltration (NF270 and NF90) and reverse osmosis (BW30). The performance of these membranes was rated in terms of fluoride rejection using a synthetic aqueous solution and well water (with and without fluoride addition) varying pressure and flow rate. The encrusted membranes, after permeation tests, were evaluated by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX), thermogravimetric analyzer (TGA) and X-ray fluorescence spectrometry (XRF). As for fluoride rejection, for the synthetic aqueous solution, the NF270, NF90 and BW30 membranes obtained 82%, 100% and 98%, respectively. For well water without the addition of fluoride the rejection was 67%, 87% and 88%, respectively, and with the addition of fluoride, 94% for the BW30 membrane. The evaluated pressures and flows had no significant influence on fluoride rejection. For SEM-EDX analyses, traces of fouling present on the membranes were visually perceptible, the results depicted fouling by inorganic deposits such as Ca, Fe and Si, the same found in the XRF analyzes (Fe and Si). The well water showed a total organic carbon of 2.2 mg L-1 potentially having deposits of organic matter (fouling). As for the TGA, there was no difference between the used and unused membranes, however the layer deposited on the membranes degraded 39%, leaving 61% representing the inorganic encrustations found in the SEM-EDX analysis which do not degrade at the analyzed temperature. The NF90 and BW30 membranes were efficient in rejecting fluorides, however the NF90 encrusts easier. Although BW30 showed better results, it also fouled, so pre-treatment is needed to minimize fouling.