Verdadeiras soluções prontas para uso para purificação de água por membrana

May 04, 2023

A conversão de uma grande variedade de fontes de água em água purificada por membrana de alta qualidade é fundamental para atender a aplicações em vários setores, desde manufatura industrial, produção offshore de petróleo e gás, produção de alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos, microeletrônica e geração de energia.

Por Cameron W. Hipwell, PE

A conversão de uma grande variedade de fontes de água em água purificada por membrana de alta qualidade é fundamental para atender a aplicações em vários setores, desde manufatura industrial, produção offshore de petróleo e gás, produção de alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos, microeletrônica e geração de energia.

Em particular, a geração de energia a partir de combustíveis fósseis é altamente intensiva em água porque consome uma porção significativa de toda a água tratada nos países desenvolvidos.

Fontes de água que vão desde rios e lagos até água potável municipal, bem como água do mar, devem passar por uma série de etapas para produzir água tratada adequada para o uso final. As estações de geração de energia podem estar localizadas em regiões costeiras, no interior perto de rios e lagos, ou em locais que utilizam água potável municipal, águas subterrâneas ou efluentes secundários tratados biologicamente. As impurezas nessas várias fontes são sólidos suspensos totais (TSS), espécies coloidais como sílica, sólidos dissolvidos totais (TDS) e matéria orgânica dissolvida. A natureza e os respectivos níveis dessas impurezas determinam a adequação da água e as etapas de tratamento necessárias para uso em uma usina.

A chave para a produção de água purificada no local é a utilização de sistemas de processo de filtração por membrana. Os processos de filtração bem reconhecidos de microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e osmose reversa (RO), mostrados na Figura 1, fornecem graus discretos de remoção de sólidos suspensos ou coloidais e, nos casos de nanofiltração e osmose reversa, rejeição de espécies iônicas dissolvidas específicas.

Cada um desses processos utiliza membranas semipermeáveis, mas no caso de MF também pode incluir filtros de profundidade microporosos.

A produção de água ultrapura e de alta pureza é fundamental para atender aos requisitos de operação de caldeiras e turbinas em todo o setor de geração de energia.

Os principais serviços de abastecimento de água dentro de uma usina de energia, conforme mostrado na Figura 1, incluem água bruta de reposição para toda a planta, água de reposição da caldeira para o circuito de água/vapor, água de resfriamento do condensador da turbina a vapor e água de resfriamento auxiliar. Outros serviços de água que podem ser necessários, dependendo da planta específica, incluem água de reposição para sistemas de dessulfurização de gases de combustão, água para manuseio e descarte de cinzas e, no caso de usinas de turbinas a gás de ciclo simples e combinado, nebulização direta de água do entrada de ar da turbina a gás (compressão úmida) para aumentar o controle de potência e emissões (NOx).

A água purificada é caracterizada por limites específicos, dependendo de seu uso final. O parâmetro geral mais utilizado para geração industrial e de energia é o total de sólidos dissolvidos (TDS). Na fabricação de alimentos e bebidas, por exemplo, o permeado de NF ou RO com níveis de TDS de 5-100 mg/litro é geralmente aceitável e para água de reposição da torre de resfriamento, os níveis de TDS podem estar na faixa de 100-500 mg/litro.

No entanto, para serviços de água pura mais severos, como água desmineralizada para aplicações de geração de energia ou fabricação de dispositivos médicos, os valores de resistividade/condutividade são mais convenientes. A capacidade da água de conduzir eletricidade é determinada pela concentração de espécies ionizadas dissolvidas. A água desionizada tem uma baixa condutividade de 0,055 μsiemens em comparação com a água do mar com condutividade de >50.000 μsiemens.

Por conveniência, o parâmetro da água ultrapura mais citado é o recíproco da condutividade expressa em megohms (MΩ), assim a água deionizada com condutividade de 0,055 μsiemens tem uma resistência de 18 MΩ. Água ultrapura com resistividade de 18 MΩ é normalmente especificada como necessária para aplicações severas, como fabricação de semicondutores e produção de água de reposição para caldeiras supercríticas. Para a maioria das aplicações de água desmineralizada em usinas de energia, água com resistividade >10 MΩ (0,1 microsiemens) é suficiente.