Introdução à tecnologia de osmose reversa
A osmose reversa (RO) é uma tecnologia de separação baseada em membrana que utiliza a pressão como força motriz para remover sólidos dissolvidos, íons e outras impurezas da água.Aplicando uma pressão superior à pressão osmótica da água de alimentaçãoNo processo de limpeza, as moléculas de água são forçadas a atravessar uma membrana semi-permeável, enquanto os contaminantes são rejeitados e concentrados no fluxo de salmoura.matéria orgânica, e microorganismos, produzindo água permeável de alta pureza.
Os sistemas RO são amplamente utilizados na dessalinização de água do mar e água salobra, reutilização de águas residuais industriais, purificação de água potável e vários processos industriais que exigem água de alta qualidade.O desempenho e a eficiência do RO dependem de fatores como o material da membrana, qualidade da água de alimentação, pressão de funcionamento e conceção do sistema.
Em condições de equilíbrio, a diferença de altura entre os dois compartimentos corresponde à diferença de pressão osmótica (normalmente denotada como π) da solução na concentração de equilíbrio.A pressão osmótica é uma função do tipo e da concentração de solutos na soluçãoEm geral, para cada 100 ppm de concentração total de sólidos dissolvidos (TDS), a pressão osmótica π varia de 0,04 a 0,075 bar.
π =nRT= MM RT
V
n = quantidade de soluto em moles
R = constante de gás ideal
T = temperatura em Kelvin
V = volume da solução
MM = massa molar do soluto
Por exemplo:
Uma solução de água salobra com um TDS de 1.500 ppm tem uma pressão osmótica de aproximadamente 1,02 bar;
Uma solução de água do mar com um TDS de 32.000 ppm tem uma pressão osmótica de aproximadamente 21,8 bar.
Osmose. Equilíbrio. Osmose inversa.
Osmose natural
Baixa concentração de solutos → alta concentração de solutos
Membrana semipermeável
Pressão externa aplicada
A osmose reversa (RO) refere-se ao processo em que a água flui na direção oposta da osmose natural de uma solução concentrada para uma diluída.Este processo deve ser conduzido por pressão aplicada externamenteO fluxo inverso da água é dificultado por três factores principais: a pressão osmótica em ambos os lados da membrana semipermeável, a resistência interna da própria membrana, a pressão osmótica em ambos os lados da membrana semipermeável e a resistência interna da própria membrana.e a resistência causada pela impureza na superfície da membrana e nos seus poros durante o funcionamentoPor conseguinte, a pressão aplicada na osmose reversa deve exceder significativamente a diferença de pressão osmótica da solução.
Por exemplo:
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Nos sistemas de RO de água salgada, a pressão de funcionamento é tipicamente definida em 15,5 bar (ou superior), enquanto a diferença de pressão osmótica de uma solução de água salgada de 2.000 ppm é inferior a 2 bar.
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Para a água do mar com uma diferença de pressão osmótica de aproximadamente 22 bar (a 32.000 ppm), a pressão de funcionamento aplicada é geralmente de cerca de 55 bar.
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1.2 Membranas de osmose reversa
O sistema de osmose reversa baseia-se em membranas de osmose reversa (ou seja, as membranas semi-permeáveis mencionadas acima) para conseguir a separação entre solventes e solutos.Essas membranas permitem a passagem de solventes enquanto rejeitam outros solutosAtualmente, a maioria das membranas de osmose reversa apresenta uma estrutura de polímero composto de várias camadas com poliamida como camada de separação.Estas membranas proporcionam um excelente desempenho de separação e durabilidade a longo prazo em condições convencionais de água de alimentação.
1.3 Parâmetros essenciais de desempenho
1Taxa de recuperação
A taxa de recuperação refere-se à percentagem de água de alimentação que é convertida em água permeável.a produção de água permeável é de 75 m3/d.
- Para um único elemento de membrana de osmose reversa industrial, a taxa de recuperação nos ensaios de desempenho do produto varia tipicamente de 8% a 15%.A taxa de recuperação varia entre 40% e 90%, dependendo de factores como as características da água de alimentação (por exemplo, concentração de sal, contaminantes), configuração do sistema e condições de funcionamento.
- 2Taxa de rejeição
A taxa de rejeição define a percentagem de um soluto específico retido pela membrana de osmose reversa após a filtragem em relação à sua concentração na água de alimentação.
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Valência dos solutos: os solutos com maior valência apresentam maiores taxas de rejeição.
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Grau de hidratação: os íons com tamanhos hidratados maiores alcançam taxas de rejeição mais altas.
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Peso Molecular: Geralmente, os solutos com pesos moleculares mais elevados são rejeitados de forma mais eficiente do que aqueles com pesos moleculares mais baixos.
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Polaridade dos solutos: os solutos não polares apresentam normalmente taxas de rejeição mais baixas.tem uma taxa de rejeição de apenas cerca de 25% devido à sua estrutura não polar.
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Estado dos solutos: os solutos gasosos não são rejeitados pelas membranas de osmose reversa.enquanto os íons de amónio (NH4+) em soluções de baixo pH podem ser efetivamente retidos.
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Grau de ramificação: as moléculas altamente ramificadas apresentam taxas de rejeição mais altas.
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Outros fatores: Outras influências incluem as condições da água de alimentação (p. ex., pH, resistência iónica, dureza) e as propriedades da membrana (p. ex., carga superficial caracterizada por potencial zeta, hidroflicidade,e morfologia da superfície).
O desempenho de rejeição das membranas práticas de osmose reversa, especialmente as membranas de nanofiltração, depende de uma combinação dos fatores acima e não de uma única variável.Para dados mais precisos, os manuais de produto e os ensaios de simulação à escala de laboratório fornecem apenas informações de referência preliminares.
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