Destilação por membranas para o tratamento do concentrado da osmose reversa da indústria petroquímica

Abstract

Neste estudo foi investigada a aplicabilidade do processo de Destilação por Membrana de Contato Direto (DMCD), com o fim de recuperar a água do concentrado produzido pela OR (COR), a qual foi aplicada no tratamento de efluentes de uma indústria petroquímica. De início, as membranas foram caracterizadas por experimentos com água deionizada e soluções binárias, através do processo de DMCD em escala de bancada. Depois, o COR foi utilizado na DMCD em escala de bancada e piloto, ajustado a uma temperatura de 60 ºC na parte da alimentação, ou seja, no concentrado da destilação por membrana (CDM), e 20 ºC no permeado da destilação por membrana (PDM). Ao todo, foram analisadas quatro membranas microporosas hidrofóbicas de folhas planas (denominadas M1, M2, M3 e M4), sendo as membranas M1 e M3 constituídas de politetrafluoretileno (PTFE), com uma camada de suporte de polipropileno (PP) na M1, e as membranas M2 e M4, de polietileno (PE), todas elas com diferentes espessuras, tamanho de poro, porosidade e hidrofobicidade. Efetuaram-se os ensaios com as soluções binárias, em escada de bancada, em modo de concentração, durante 72 h, para, depois, realizar os ensaios com COR, em modo de recirculação total (por 240 h), e, em modo de concentração (por 72 h). Os ensaios com COR, em escala piloto, foram realizados com a membrana M4, em modo de concentração, por um período de 61 dias. Em diferentes fatores de concentrações volumétricas, amostras de PDM e CDM foram coletadas para caracterização físico-química. Por fim, as membranas foram avaliadas através de análise visual, ângulo de contato, MEV, EDS e diagramas de especiação química. Ante os resultados com COR, em escala de bancada, concluiu-se que a membrana M4 teve o melhor desempenho, com mínima redução de fluxo do permeado frente a uma taxa de recuperação de água (TRA) de 90%. Já em escala piloto, a membrana (M4) foi eficiente até atingir um fator de concentração volumétrico de 5 vezes, assim como uma TRA de 80%, produzindo uma água de alta qualidade e com baixa condutividade elétrica (em torno de 2 μS cm–¹), alcançando, assim, os requisitos para a sua reutilização no setor petroquímico.

The present study investigated the applicability of the Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) process in the effluent treatment of a petrochemical industrial plant in Brazil, with the purpose of recovering water from the concentrate produced by RO. Firstly, to determine the behavior of different membranes, the DCMD process, in bench scale, was characterized by experiments with deionized water and synthetic solutions. Then, it was used the RO concentrate (ROC) on the DCMD equipment, both on pilot and bench scale, which was adjusted to a temperature of 60 °C in the feed (Membrane Distillation Concentrate – MDC) and 20 °C on the permeate side (Membrane Distillation Permeate – MDP). Four hydrophobic and microporous flat sheet membranes were analyzed, namely M1, M2, M3 and M4. M1 and M3 membranes were made of polytetrafluoroethylene (PTFE), with M1 presenting a backing layer of polypropylene (PP), while M2 and M4 membranes were made of polyethylene (PE) – all of them with different thicknesses, pore size, porosity and hydrophobicity. On the bench scale equipment, tests were performed with synthetic solutions in concentration mode for 72 h, and then with ROC, in full recirculation mode (for 240 h) and in concentration mode (for 72 h). On the pilot scale, the ROC tests were carried out with M4 membrane, for a period of 61 days and in concentration mode. At different volumetric concentration factors, permeate (MDP) and concentrate (MDC) samples were collected for physicochemical characterization. Finally, the membranes were evaluated by visual analysis, contact angle, SEM/EDS and chemical speciation diagrams. In view of the ROC results, on a bench scale, it was concluded that the M4 membrane performed better, with minimal reduction in the permeate flow even with a water recovery rate of 90%. On a pilot scale, the PE membrane (M4) was effective until reaching a volumetric concentration factor of 5 times, as well as a water recovery rate of 80%, producing a high quality water with low electrical conductivity (around 2 μS cm–¹), and reaching the requirements for its reuse in the petrochemical sector.