As alterações climáticas estão a ter um impacto profundo no conteúdo e nas características da MON nas águas superficiais através de vários mecanismos complexos, tornando a MON um poluente central no tratamento de água potável. Fontes de água com alto-NOM geralmente exibem alta cor e alto DOC (doses por unidade de área). O NOM não só causa problemas de cor e odor em corpos d'água, mas também reage com desinfetantes para gerar subprodutos cancerígenos.
Os processos tradicionais de tratamento de água potável têm eficiência limitada na remoção de NOM, enquanto os processos convencionais de membranas orgânicas sofrem de desvantagens, como suscetibilidade a incrustações e baixa resistência à corrosão. A membrana cerâmica acoplada à coagulação fornece uma solução inovadora, de baixo{1}}consumo-de energia, compacta e altamente estável para purificar águas superficiais com alto-NOM.
Três métodos de pré-tratamento: do tradicional ao máximo compacidade
Uma equipa de investigação europeia concebeu e comparou três modelos de pré-tratamento de coagulação e floculação, conseguindo uma otimização contínua do fluxo do processo e garantindo ao mesmo tempo a eficácia do tratamento:
1. Coagulação/floculação tradicional de dois-tanques
Como modo de tratamento clássico, esse processo emprega um projeto de reação de dois-estágios: um tanque de mistura rápida e um tanque de floculação lento. A água bruta e o coagulante são completamente misturados no tanque de mistura rápida antes de entrar no tanque de floculação para completar o crescimento dos flocos, com um tempo de retenção hidráulica total (TRH) de 21 minutos. Este modo proporciona uma reação completa, mas requer uma grande área ocupada e tem altos custos de construção.
2. Modo de mistura rápida
Este modo simplifica o fluxo do processo, eliminando o tanque de floculação lenta e mantendo apenas a unidade de mistura rápida. O coagulante e a água bruta são misturados e entram diretamente no módulo de membrana, reduzindo o tempo de retenção hidráulica para 7 minutos. Embora mantenha a eficácia básica do tratamento, simplifica significativamente a configuração do equipamento.
3. Modo de Floculação Tubular Online
Esta é a solução compacta mais inovadora neste estudo. O fluxo do processo é o seguinte: água bruta + coagulante → mistura da bomba de alimentação da membrana → floculante tubular → membrana cerâmica → permeado. Não há tanque de reação durante todo o processo; a mistura e a floculação são concluídas por meio de tubulações. O tempo de retenção hidráulica (HRT) é de apenas 45 segundos e o valor G-é controlado em 330 s⁻¹. Ele ocupa o menor espaço entre os três modos.
Parâmetros principais: suporte de hardware de membrana cerâmica
O experimento utilizou uma membrana cerâmica, que, devido às propriedades do material inorgânico de resistência química e alta resistência mecânica, tornou-se o principal suporte de hardware para a operação estável do processo.
Resultados experimentais: alta-remoção de eficiência + baixa-vantagens duplas de poluição
O estudo utilizou DOC, cor e UV₂₅₄ como indicadores de avaliação de NOM e diferença de pressão transmembrana (TMP) como indicador de avaliação de incrustação de membrana, otimizando o tipo, dosagem e valor de pH dos coagulantes.
O experimento comparou cloreto de polialumínio e cloreto férrico, e os resultados foram bastante esclarecedores:
Remoção de DOC:
Os sais de alumínio alcançaram uma taxa de remoção de 50%-85% em pH 5,5, aumentando com o aumento da dosagem.
Os sais de ferro alcançaram uma taxa máxima de remoção de 87% em pH 4,5 e 10 mg/L.
Remoção de cor:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Os sais de ferro foram removidos de forma ideal em pH 5,0, exigindo 6... Alcançar resultados equivalentes requer concentrações acima de mg/L.
Uma conclusão importante do estudo é que mais coagulante não é necessariamente melhor.
A 2 mg/L de sal de alumínio: neutralização de carga insuficiente, pequenos flocos e fácil entupimento dos poros da membrana.
A 5 mg/L de sal de alumínio: pode ocorrer reestabilização de carga ou a carga superficial da membrana pode ser muito alta.
Com 3 mg/L de sal de alumínio: a incrustação da membrana é mais baixa e a operação é mais estável.
Isto significa que otimizar a dosagem é mais importante do que aumentá-la cegamente.
Em relação à incrustação da membrana, apresenta estabilidade extremamente forte, com incrustação irreversível da membrana muito baixa. Com uma dosagem de sal de alumínio de 3 mg Al/L, a taxa de incrustação da membrana atinge um nível ideal, com um aumento de pressão de ciclo único de apenas cerca de 40 mbar. Combinado com retrolavagem regular, a operação estável-de longo prazo pode ser mantida.
Vale ressaltar que a concentração de metal residual no efluente é um indicador limitante central para a operação do processo. Dentro da faixa de pH ideal de 4,5–5,5 para remoção de NOM, as concentrações residuais de alumínio e ferro excedem facilmente 150 ug/L (os limites para alumínio nas "Normas para Qualidade de Água Potável GB5749-2022" são 200 ug/L e para ferro, 300 ug/L). Na engenharia prática, é necessário equilibrar o valor do pH e a dosagem do coagulante, levando em consideração tanto a eficiência de remoção quanto a segurança do efluente.
O modo de floculação tubular online é a opção preferida
A comparação dos três modos de pré-tratamento revelou:
As taxas de remoção de cor e DOC ficaram em torno de 80%, com diferenças insignificantes.
As taxas de incrustação irreversível da membrana foram semelhantes (0,06–0,10 mbar/h).
A turbidez do efluente permaneceu consistentemente abaixo de 0,1 NTU.
Os três modos não mostraram diferença significativa na eficiência de remoção de NOM, mas o modo de floculação tubular on-line, com seu tempo de retenção hidráulica ultra-curto de 45 segundos e design minimalista sem tanque de reação, tornou-se a escolha ideal.
Este estudo confirma que o processo de coagulação-floculação + membrana cerâmica é totalmente aplicável às necessidades de purificação de águas superficiais com alto NOM (teor normal de oxigênio): baixa dosagem de coagulante atinge um tratamento compatível; a membrana cerâmica é lavável e tem longa vida útil; e seu consumo de energia operacional é muito inferior ao dos processos tradicionais. O modo de floculação tubular online quebra a limitação de grande área inerente aos processos tradicionais de tratamento de água, fornecendo suporte técnico para a construção de estações de água potável compactas e inteligentes.
Conclusão
Diante de padrões de qualidade de água potável cada vez mais rigorosos e dos desafios da poluição da água de origem, o processo de pré-tratamento por membrana de coagulação-cerâmica equilibra a eficácia do tratamento com a redução dos custos de engenharia civil. Com suas principais vantagens de remoção de alta-eficiência, baixa poluição, design compacto e baixo consumo de energia, ele fornece uma nova abordagem para estações de tratamento de água que lidam com fontes de água de alto conteúdo-orgânico-(como água de reservatório no sul e alguma água de rio no norte).