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RESUMO A má distribuição geográfica de águas em território nacional aliada ao seu desperdício, à poluição dos cursos d'água próximos aos centros urbanos e industriais e à eficiência inadequada de processos de tratamento convencionais faz com que o tratamento e o reúso de água sejam tópicos de crescente importância no Brasil. Um dos métodos de tratamento de água são os processos de separação por membranas, como a nanofiltração. No entanto, esses processos estão sujeitos ao fenômeno de incrustação, que provoca diminuição gradativa de sua eficiência. Sendo assim, o presente trabalho visou à avaliação de diferentes métodos de pré-tratamento de água para mitigação da formação de biofilme em membranas de nanofiltração. Os processos de adsorção em partículas de alumina e desinfecção por meio de carvão ativado impregnado com nanopartículas de prata foram aplicados em uma amostra de um corpo d'água superficial. As amostras com e sem pré-tratamento foram nanofiltradas e a propensão à incrustação de cada uma foi avaliada. As eficiências de remoção de compostos orgânicos dos adsorventes empregados separadamente e em conjunto e as análises de absorção UV/Vis, microscópio eletrônico de varredura e espectroscopia de energia dispersiva do carvão ativado impregnado com nanopartículas de prata mostraram que os materiais empregados no pré-tratamento puderam ser apropriadamente sintetizados. Foi possível também identificar os principais grupos funcionais dos biopolímeros presentes nos biofilmes formados ao longo do tempo. Por fim, pôde-se observar que a adsorção da matéria orgânica é mais eficiente para o controle da incrustação rápida, enquanto o efeito bactericida se destaca no controle a longo prazo.
ABSTRACT The poor geographical distribution of water in the national territory combined with its waste, the pollution of watercourses close to urban and industrial centers, and the inadequate efficiency of conventional treatment processes make the treatment and reuse of water topics of increasing importance in Brazil. One of the advanced water treatment methods is membrane separation processes, such as nanofiltration. However, these processes are subject to fouling phenomenon, which causes a gradual decrease in the efficiency of the process. Therefore, the present work aims to evaluate different methods of pretreatment of water to mitigate the formation of biofilm in nanofiltration membranes. The adsorption processes on alumina particles and disinfection through activated carbon impregnated with silver nanoparticles were applied to a sample of a surface water body. Samples with and without pretreatment were nanofiltered and the propensity to fouling was evaluated. The efficiency of the adsorbents, used both separately and together, in removing organic compounds and the UV/Vis, scanning electron microscope, and Energy-dispersive X-ray spectroscopy analyses of the activated carbon impregnated with silver nanoparticles showed that the materials used in the pre-treatment were properly synthesized. It was also possible to identify the main functional groups of the biopolymers present in biofilms formed over time. Finally, it was observed that the adsorption of organic matter is more efficient for the control of rapid fouling while the bactericidal effect stands out in the long-term fouling control.
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RESUMO Água do mar é comumente utilizada como fluido de injeção em plataformas offshore na recuperação secundária do petróleo. Porém, a presença de sulfato causa diversos inconvenientes, como a formação de precipitados, que podem se depositar em diversas partes da plataforma de produção. Atualmente, a dessulfatação é realizada em unidades removedoras de sulfato (URS) por processo de nanofiltração (NF), cujas amostras precisam ser pré-tratadas, usualmente em filtros cartuchos. Os sólidos suspensos e os microrganismos que não foram retidos pelo sistema de filtração podem depositar sobre a superfície das membranas de NF, diminuindo a produtividade do sistema e reduzindo o tempo de vida das membranas. O processo de microfiltração (MF) pode ser utilizado como pré-tratamento alternativo e possibilitaria a remoção desses elementos. Neste estudo, foi desenvolvido um processo combinado de MF e NF para a dessulfatação da água do mar, visando a sua injeção em reservatórios de petróleo. Módulos de permeação contendo membranas de poli(imida) no formato de fibras ocas foram utilizados na construção de um sistema piloto de MF integrado a um sistema piloto de NF similar aos já atualmente utilizados nas plataformas. O desempenho dos sistemas foi avaliado por meio do acompanhamento da permeabilidade de ambos durante a filtração da água do mar. Parâmetros como grau de recuperação de água, frequência e eficiência de procedimentos de retrolavagem e limpeza química também foram estudados. Os resultados demonstraram que o pré-tratamento da água do mar por MF é uma alternativa eficaz para a dessulfatação por NF.
ABSTRACT Seawater is commonly used in offshore platforms as an injection fluid in secondary oil recovery. However, the sulfate found in seawater has been the cause of many inconveniences, such as the formation of precipitates, which can settle in various parts of the production platform. Nowadays, nanofiltration (NF) is used in sulfate removal units for seawater desulfation, where cartridge filters are commonly used for seawater pretreatment. Suspended solids and microorganisms that have not been retained by the filtration system may deposit on the surface of NF membranes, decreasing system productivity and reducing membrane life. The microfiltration (MF) process can be used as an alternative pretreatment and would allow the removal of these elements. In this study, a combined process of MF and NF for seawater desulfation was developed for injection into oil reservoirs. Permeation modules containing hollow fiber shaped poly (imide) membranes were used in the construction of an MF pilot system, integrated with an NF pilot system similar to those already used on platforms. The performance of the systems was evaluated by monitoring the permeability of both during seawater filtration. Parameters such as degree of water recovery, frequency, and efficiency of backwash procedures and chemical cleaning were also studied. The results showed that MF seawater pretreatment is an effective alternative for NF desulfation.
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RESUMO: A complexidade físico-química de micropoluentes, como os defensivos agrícolas, exige o uso de tecnologias avançadas de tratamento de água para abastecimento. O objetivo deste estudo foi avaliar a remoção de carbofurano em nível de bancada (batelada) utilizando membranas comerciais de nanofiltração (NF90 - DowFilmtec (r)) e osmose inversa (HR - Koch Membrane Systems(r) ). Nos experimentos foi avaliada a influência da qualidade da matriz de alimentação (água ultrapura, bruta e pré-tratada) contendo carbofurano (50 µgL-1), e da pressão de operação (8 e 15 bar para a NF90 e 15 e 30 bar para a HR). Para a NF90, com a matriz de água ultrapura, as eficiências de remoção foram inferiores (89,8%), porém o fluxo permeado foi superior (132,1 Lm-2h-1) àquelas obtidas com a matriz de água bruta (98,4% - 94,7 Lm-2h-1) e água pré-tratada (95,2% - 95,3 Lm-2h-1) para a pressão de 15 bar. Para a membrana HR, remoções relativamente superiores foram observadas para a pressão de 30 bar para as três matrizes, com a água bruta apresentando os melhores resultados (99,7% - 49,7 Lm-2h-1). Concluiu-se, portanto, que o pré-tratamento da água bruta não acarretou diferença significativa na remoção do carbofurano e não influenciou no fluxo de permeado de acordo com a metodologia adotada (baixo tempo de separação em batelada com recirculação).
ABSTRACT: The physicochemical complexity of micropollutants such as pesticides requires the use of advanced technologies of drinking water treatment. The main objective of this study was to evaluate the removal of carbofuran using commercial nanofiltration (NF90 - DowFilmtec(r)) and reverse osmosis (HR - Koch Membrane Systems(r)) membranes in a bench-scale system (batch operation). The effect of feed matrix quality (ultrapure water, raw water and pretreated water) with carbofuran (50 µgL-1) and the applied pressure (8 and 15 bar for NF90 and 15 and 30 bar for HR) were studied. For NF90, with ultrapure water matrix, the removal efficiencies were lower (89.4%), but the permeate flow was higher (132.1 Lm-2h-1) than those obtained with the raw water (98.4% - 94.7 Lm-2h-1) and pretreated water (95.2% - 95.3 Lm-2h-1) to 15 bar of pressure. For HR membrane relatively higher removals were observed for 30 bar of pressure for the three matrices, with a better behavior for raw water (99.7% - 49.7 Lm-2h-1). In accordance to the methodology adopted (low separation time in batch with recirculation), it can be concluded, therefore, that the pretreatment of raw water did not caused significant difference in carbofuran removal and did not influenced the permeate flux.
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Atividades humanas aceleram o processo natural de eutrofização das águas, favorecendo a floração de algas e cianobactérias. Estes organismos emitem os compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina, que conferem gosto e odor de mofo e terra à água. A presença destes compostos se estende à água potável uma vez que os processos convencionais de tratamento são insuficientes para removê-los. Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de avaliar alternativas de processos de tratamento para a remoção de MIB e geosmina da água. Os processos estudados foram aeração em cascata, dessorção por ar e nanofiltração. Os resultados sugerem a possibilidade de remoção quase total de MIB e geosmina da água através do sistema de nanofiltração, enquanto que os processos baseados em aeração e dessorção foram relativamente ineficientes.
Human activities accelerate the natural process of eutrophication, favouring the occurrence of algae and cyanobacterial blooms. These organisms emit the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin, which confer earthy and moldy taste and odor to water. The presence of MIB and geosmin is extended to drinking water inasmuch they are not completely removed by the processes used in conventional treatment. This research was conducted to evaluate the capability of alternative treatment processes to remove MIB and geosmin from water. The processes studied were cascade aeration, air stripping, and nanofiltration. The results suggested that MIB and geosmin can be almost completely removed by nanofiltration, while the processes based on aeration and stripping were relatively inefficient.