Empresas farmacêuticas (bem como fabricantes de semicondutores e estações de energia com geração de vapor em alta pressão) exigem água de reposição de alta pureza para seus processos. As concentrações de impurezas têm que estar em uma faixa muito baixa de partes por bilhão (ppb) ou até mais baixa. Uma produção confiável e eficiente da água de alta pureza é fundamental para esses esforços.
No século passado, o desenvolvimento de resinas de troca iônica sintéticas foi um importante passo para a produção de água de alta pureza. Resinas para remoção de cátions dissolvidos, como cálcio, magnésio, sódio etc. e ânions, cloreto, sulfato e até mesmo sílica fracamente ionizada, se tornaram um instrumento poderoso para os sistemas de tratamento. Entretanto, ficou aparente que, quando utilizadas como técnica de purificação principal para água de reposição, resinas de troca iônica podem se exaurir rapidamente devido à concentração substancial de íons no fornecimento de reposição, mesmo de fontes de água doce. Esses sistemas frequentemente exigem regenerações diárias de resinas de troca com ácido forte para resinas de cátion e soda cáustica para resinas de ânions.
O desenvolvimento das tecnologias de membrana alterou significativamente esse processo. Uma configuração de núcleo comum para a preparação da água de reposição de alta pureza na indústria moderna é descrita abaixo.
Membranas de osmose reversa (RO) modernas podem remover mais de 99% de materiais sólidos dissolvidos, o que exige o polimento do permeado de osmose reversa por troca iônica ou eletrodeionização (EDI) ou, algumas vezes, ambos em série, para produzir água de reposição de alta pureza.
Pré-tratamento é um aspecto crítico da operação confiável da unidade de osmose reversa, minimizando especificamente o transporte de partículas residuais para as membranas de osmose reversa. Muitos dos sistemas de tratamento de água do século XX foram projetados com clarificadores, seguidos por filtros com múltiplos materiais filtrantes, para remover a maioria dos materiais sólidos suspensos do fluxo de entrada de água de reposição da planta. Assim como outras tecnologias, a clarificação foi muito melhorada ao longo do tempo, e os clarificadores modernos agora operam em taxas de lavagem entre 10 e 20 vezes maiores do que clarificadores circulares grandes e convencionais do passado. No entanto, partículas residuais ainda podem escapar com o efluente do clarificador/filtro e sujar as membranas de osmose reversa, especialmente os elementos principais. A microfiltração (MF) ou ultrafiltração (UF) é frequentemente recomendada em sistemas de água de reposição novos para fornecer alimentação de osmose reversa com quantidade baixa de sólidos suspensos. A MF ou UF pode ser instalada a jusante de um clarificador ou, algumas vezes, servir como dispositivos de filtração independentes.
Ao contrário dos elementos de osmose reversa, que usa membranas em espiral (como será mostrado na Parte 2 desta série), as membranas de microfiltro e ultrafiltro geralmente têm uma configuração de fibra oca, assemelhando-se a filamentos longos de espaguete ou fibras, geralmente chamadas de lúmens. Sistemas do tipo pressão são comuns.
Nesse tipo de unidade de MF, fibras são alojadas em vasos de pressão conectados em paralelo.
A unidade mostrada na Figura 2 foi escolhida como substituição de um clarificador antigo cuja principal função era remover materiais sólidos suspensos do fornecimento de água do lago. Os resultados da troca foram imediatos e, em alguns casos, prontamente observáveis. Por exemplo, a turbidez do fluxo de entrada na unidade de osmose reversa caiu de uma faixa típica de 0,5 a 1,0 unidades de turbidez nefelométricas (nephelometric turbidity units, NTU) para menos de 0,05 NTU. O tempo entre as trocas de filtro de cartucho de osmose reversa aumentou de semanas para meses. Além disso, MF ou UF a montante melhora o desempenho da osmose reversa, costuma reduzir a frequência das limpezas da membrana e aumenta a vida útil da membrana.
A ultrafiltração é muito comum hoje em dia, oferecendo até mesmo filtração mais finas do que MF. A Tabela 1 descreve os tamanhos gerais de poros para quatro tecnologias de membrana principais.
Tabela 1 - Tamanhos gerais de poros de membrana
| Regra útil para tamanhos de poros de membrana |
| Microfiltração – 0,1 µm |
| Ultrafiltração – 0,01 µm |
| Nanofiltração – 0,001 µm |
| Osmose reversa– 0,0001 µm |
Um ponto importante a se lembrar é que MF e UF foram projetadas exclusivamente para remoção de partículas, enquanto a nanofiltração e a osmose reversa removem íons dissolvidos. As funções não podem ser intercambiadas.
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Assim como todas as outras tecnologias, é necessário fazer uma investigação prévia para determinar a viabilidade da utilização dos métodos. Sempre consulte os manuais e guias dos seus equipamentos.
