Filtração plissada de alta vazão para dessalinização e tratamento de água

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O que a filtração de alta vazão realmente faz

Cartuchos plissados de alta vazão combinam grande área de meio filtrante com um fluxo de dentro para fora ou de fora para dentro, projetado para processar vazões elevadas em uma carcaça compacta. São instalados depois de peneiramento, clarificação, filtração em meio granular, microfiltração ou ultrafiltração e antes de osmose reversa, trocadores de calor, bocais ou equipamentos de reúso. Sua função normalmente é reter os sólidos suspensos remanescentes e os resíduos de perturbações do processo, não realizar a dessalinização.

Filtros de cápsula atendem a outra escala. Podem proteger um analisador, uma linha de amostragem, uma corrente de dosagem química ou um pequeno ponto de uso, mas raramente constituem o dispositivo principal para toda a vazão de uma estação municipal ou de água do mar. Uma descrição clara da aplicação evita que se espere de uma pequena cápsula descartável a retenção de uma carga maciça de sólidos.

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Dessalinização da água do mar e pré-tratamento da osmose reversa

A água do mar bruta pode conter areia, silte, argila, fragmentos de conchas, plâncton, algas, flocos bacterianos, detritos orgânicos e partículas de corrosão. Tempestades, marés e florações de algas podem alterar rapidamente essa carga. Produtos químicos de pré-tratamento podem formar flocos de hidróxido de ferro ou alumínio; se não forem devidamente retidos, esses sólidos se tornam agentes de colmatação a jusante. Um cartucho de alta vazão próximo à unidade de RO atua como barreira final contra o arraste do meio filtrante, resíduos de tubulações e partículas transitórias.

A DuPont identifica bactérias, argila, sílica coloidal e produtos de corrosão de ferro como fontes comuns de silte e coloides na água de alimentação da RO.[1] A Pall relata problemas de RO associados a silte na faixa de 2 a 63 micrômetros e a componentes de algas que atravessaram o pré-tratamento convencional com cartuchos.[2] Isso não significa que um cartucho mais fino resolva todos os problemas da água do mar. Peneiramento na captação, coagulação, flotação por ar dissolvido, filtração em meio granular ou pré-tratamento por membranas podem ser necessários antes do cartucho de segurança.

Sódio e cloreto dissolvidos atravessam o cartucho de partículas e são rejeitados posteriormente pela RO. A sílica dissolvida também passa até polimerizar ou se tornar coloidal. Compostos incrustantes, como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sulfato de bário e fluoreto de cálcio, só são retidos após a precipitação; controle químico e de anti-incrustantes é necessário para impedir a deposição.

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Água potável e água de processo industrial

A água superficial pode transportar argila, silte, fragmentos de algas, pólen, flocos orgânicos e microrganismos. A água subterrânea pode formar hidróxido de ferro, óxido de manganês e incrustações minerais quando exposta ao oxigênio ou a alterações de pH. Sistemas de distribuição da planta acrescentam ferrugem, resíduos de revestimento cimentício, finos de carvão ativado e fragmentos de resina de troca iônica. Materiais da EPA descrevem a filtração como uma forma de remover sólidos suspensos e alguns microrganismos depois do tratamento a montante.[3]

Cartuchos de alta vazão são úteis como filtros de polimento antes de RO, eletrodeionização, água de alimentação de caldeiras, água para bebidas, torres de resfriamento e bocais de pulverização. O desafio é a variabilidade: uma falha no clarificador ou a limpeza de um tanque pode multiplicar a carga de sólidos e reduzir drasticamente a vida útil. A planta deve acompanhar turbidez, contagem de partículas, índice de densidade de sedimentos (SDI), quando aplicável, pressão diferencial e frequência de troca dos filtros. Um aumento repentino de pressão frequentemente indica um problema a montante, não apenas a necessidade de uma carcaça maior.

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Efluentes municipais e reúso

O efluente secundário pode conter flocos de lodo ativado, células bacterianas, material polimérico extracelular, cabelos, fibras têxteis, celulose, fragmentos de microplásticos, finos de areia e sólidos precipitados. A remoção química de fósforo pode acrescentar precipitados de alumínio, ferro ou cal. A EPA descreve a filtração terciária como a remoção de flocos biológicos residuais e precipitados do tratamento com alúmen, ferro ou cal.[4] Um cartucho de alta vazão pode polir um efluente já clarificado ou proteger sistemas UV, membranas de reúso e usuários industriais.

O esgoto não tratado normalmente contém sólidos demais para um cartucho plissado fino. Trapos, papel, plásticos, objetos metálicos, areia e cascalho pertencem ao peneiramento e à remoção de areia. Um cartucho instalado antes dessas etapas colmatará rapidamente e gerará resíduos excessivos. Mesmo depois do tratamento secundário, flocos biológicos deformáveis podem penetrar ou se comprimir de forma diferente da poeira rígida usada em ensaios; por isso, dados-piloto obtidos em condições reais de vazão são valiosos.

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Efluentes industriais e sistemas de refrigeração

Efluentes de acabamento de metais podem conter precipitados de óxido de ferro e de hidróxidos de zinco ou níquel, além de finos de polimento. Correntes de celulose e papel podem transportar fibras de celulose e pigmentos de revestimento. Indústrias alimentícias podem liberar grânulos de amido, sólidos associados a gorduras e flocos biológicos. Circuitos de água de refrigeração acumulam ferrugem, cristais de incrustação, poeira atmosférica, algas e fragmentos de biofilme. Em todos esses casos, não se pode supor que a fração dissolvida — íons metálicos, sais, açúcares, tensoativos ou demanda química de oxigênio — desapareça ao atravessar um filtro de partículas.

Cartuchos de alta vazão funcionam melhor como proteção de equipamentos ou polimento final após a separação principal. A filtração em corrente lateral controla resíduos em circuitos de água de refrigeração; a filtração de segurança em vazão total protege passagens estreitas dos trocadores de calor. O meio filtrante e as vedações devem resistir aos oxidantes, à temperatura, ao pH e à química de limpeza.

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Como especificar um filtro de alta vazão

Comece pelos dados da água de origem e pela sensibilidade dos equipamentos a jusante. Quando o custo da falha justificar, identifique os sólidos por microscopia, análise de cinzas ou métodos elementares. Defina o grau de retenção necessário, nominal ou absoluto, com base em um método de ensaio conhecido. Em seguida, dimensione a área total do meio considerando a perda de carga inicial, a vazão de pico, a viscosidade, a carga de sólidos e a pressão diferencial terminal aceitável.

A construção do filtro deve ser avaliada quanto à resistência ao colapso, vedação contra by-pass, extraíveis e volume de descarte. Se uma planta de RO exige qualidade constante da alimentação, relacione os dados dos cartuchos às tendências de turbidez e SDI. Um cartucho que dura mais porque permite a passagem de partículas prejudiciais não representa melhoria; um cartucho que colmata diariamente pode estar exposto a pré-tratamento inadequado. O objetivo é uma operação estável a jusante, com o menor custo de ciclo de vida tecnicamente justificável.

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Conclusão

A filtração de água em alta vazão controla a fração suspensa: areia, silte, argila, resíduos de algas, flocos biológicos, ferrugem, produtos de corrosão, incrustações precipitadas, finos de resina e resíduos de processo. Na dessalinização, protege a RO depois do pré-tratamento a montante. Na água potável e industrial, realiza o polimento antes de equipamentos sensíveis. No reúso de efluentes, retém flocos biológicos e químicos residuais depois da clarificação. Não remove sais dissolvidos, a maioria dos compostos orgânicos dissolvidos nem todos os patógenos. O melhor sistema combina um cartucho plissado de segurança corretamente especificado com peneiramento, clarificação, tratamento por membranas, desinfecção e controle químico adequados à água de origem.