Retardation characterization

Os MBRs foram introduzidos inicialmente no final da década de sessenta. O processo original foi desenvolvido pela Dorr-Olivier Inc. e combinava a utilização de lodos ativados com uma membrana de fluxo cruzado. Porém, uma vez que a primeira geração de MBRs era economicamente inviável, este processo foi inicialmente aplicado apenas em situações isoladas. O avanço significativo desta tecnologia ocorreu no final da década de 1990 com a submersão das membranas no interior dos biorreatores. Desta forma, os custos de operação foram reduzidos. Aliado a isto, o decréscimo no custo dos módulos de membrana fez com que a utilização de MBRs aumentasse de forma exponencial. Deste então, muitas melhorias foram realizadas no projeto e operação dos MBRs (LE-CLECH et al., 2006).

Os biorreatores associados a membranas (MBRs) correspondem a uma tecnologia de tratamento de efluentes em evolução que utiliza biorreatores de crescimento suspenso, da mesma forma que em um lodo ativado convencional, porém substitui a separação sólido/líquido por gravidade pela utilização de membranas de micro ou ultrafiltração. A unidade de filtração das membranas permite retenção quase total de partículas, elevada concentração de sólidos suspensos, elevada retenção celular e geração de um efluente tratado com baixa concentração de sólidos suspensos totais (SST) e turbidez. Isto faz com que não haja a necessidade da utilização de um sedimentador secundário, o que reduz o tamanho da planta de tratamento de efluentes. A elevada idade de lodo destes sistemas possibilita a adaptação da biomassa aos compostos poluentes e diminui a relação alimento-microrganismo, o que obriga a biomassa a mineralizar compostos orgânicos de difícil biodegradação, resultando em um efluente tratado com qualidade superior à dos tratamentos biológicos convencionais (HARPER et al., 2006), (SILVA et al., 2010).

Os MBRs têm como vantagem, além da elevada qualidade do efluente tratado, uma menor produção de lodo quando comparado com o processo de lodos ativados convencionais. Laera et al. (2005) citam as seguintes principais vantagens de um MBR quando comparada aos reatores de lodos ativados convencionais:

• tempo de retenção celular (θc) elevado, independentemente do tempo de retenção

hidráulico (θh);

• remoção completa de sólidos e quase completa de microrganismos;

• elevadas remoções de diversos poluentes;

• produção de lodo reduzida e

• rápida partida do reator.

O tempo de retenção celular (SRT) é extremamente importante para a remoção de poluentes em MBRs. Quando se trata de sistemas de lodos ativados, em geral, acredita-se que o aumento no tempo de retenção celular provoca o aumento da eficiência de remoção de poluentes destes sistemas (RAHMAN; AL-MALACK, 2006).

Os MBRs podem ser configurados de tal forma que incorporem sistemas de tratamento de efluentes complexos, incluindo adsorção por carvão ativado, coagulação e remoção anóxica/aeróbia de nutrientes. Ainda, conforme Pollice et al. (2004), a utilização de MBRs com retenção completa de lodo permite que o sistema, com uma determinada concentração de biomassa, atinja o equilíbrio, ou seja, a taxa de crescimento da biomassa será contrabalanceada pela taxa de decaimento da mesma

A remoção biológica de nutrientes em MBRs tem se tornado popular devido às muitas vantagens desta integração, como flexibilidade de operação e obtenção de taxas elevadas de nitrificação e desnitrificação (AHMED et al., 2008).

A tecnologia de separação por membranas é utilizada principalmente para facilitar a separação de misturas líquido/líquido ou líquido/sólidos em função do tamanho de poro adequado e de sua capacidade de remoção de gotículas de óleos emulsionados e contaminantes orgânicos. Atualmente, as membranas submersas mais utilizadas para tratamento de água e efluentes são as do tipo fibras ocas em função de sua elevada densidade de empacotamento e facilidade de fabricação e operação (LEE et al., 2003), (YULIWATI et al., 2012).

A ZENON Inc. desenvolveu as membranas de fibras ocas reforçadas ZeeWeed

®

membranas de ultrafiltração com tamanho de poro nominal de 0,04 µm. Esta configuração de membrana foi submetida a vários testes e já possui aplicação bem sucedida em escala real para o tratamento de efluentes oleosos, objetivando o seu reuso (PEETERS; THEODOULOU, 2005).

A configuração das membranas de fibras ocas reforçadas consiste de uma estrutura filamentosa de suporte com uma membrana polimérica que envolve todo o diâmetro externo do material suporte. A Figura 1 apresenta uma representação gráfica da secção transversal deste tipo de membrana.

Figura 1: Representação da secção transversal de uma membrana de fibra oca reforçada (adaptado de PEETERS; THEODOULOU, 2005).

Membranas de fibras ocas reforçadas ficam submersas no fluido no qual se deseja realizar a micro ou ultrafiltração, no caso, ficam submersas diretamente em um tanque com efluente e biomassa (liquor). O permeado, que em MBR é o efluente tratado, é gerado através da ultrafiltração realizada do exterior para o interior da fibra da membrana a partir da aplicação de vácuo. Neste processo, os contaminantes são retidos no tanque de membranas. Utiliza-se fluxo de ar comprimido no fundo destes tanques e no próprio módulo de membranas para evitar o acúmulo de sólidos e compostos na superfície das membranas. Esta aeração possui como finalidades a mistura do liquor e a limpeza superficial da membrana. A Figura 2 apresenta a operação de filtração com fluxo de fora para dentro neste tipo de membranas (PEETERS; THEODOULOU, 2005). Membrana polimérica Fibra reforçada Efluente Efluente filtrado

Figura 2: Vista local do processo de filtração em uma membrana de fibra oca reforçada (adaptado de PEETERS; THEODOULOU, 2005).

Os MBRs podem também possuir módulos de membranas posicionados de forma externa ao reator biológico, apresentando, consequentemente, outra configuração de membrana. Porém, a configuração de membranas submersas é superior à configuração de membranas externas de fluxo cruzado em relação ao consumo de energia e à simplicidade de instalação das submersas.