Dessalinização da água através de um processo híbrido permuta iónica-nanofiltração

Palavras-chave: Processos híbridos,Nanofiltração,Permuta iónica

O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo de um sistema de tratamento baseado nos processos de permuta iónica e nanofiltração para produzir água potável, como uma opção atrativa para colmatar as desvantagens associadas ao elevado consumo energético dos diversos processos de dessalinização existentes atualmente no mercado (processos térmicos e osmose inversa). A nível experimental, o presente trabalho envolveu, numa primeira fase a realização de ensaios de equilíbrio de permuta iónica com o objetivo de avaliar o sistema Cl-/SO4 2-, utilizando a resina aniónica, Purolite A850 na forma Cl-. Numa segunda fase, estudou-se a separação seletiva de iões Cl-, SO4 2-, Ca2+ e Na+ por nanofiltração. Adicionalmente, o trabalho teve também como objetivo desenvolver uma ferramenta computacional em Matlab para simular a dinâmica do regime cíclico de adsorção/dessorção, em coluna de leito fixo, utilizando resultados experimentais obtidos por Gaspar (2014). Os resultados experimentais dos ensaios de equilíbrio de permuta iónica, em que se testaram várias concentrações de Na2SO4, permitiram concluir que a afinidade da resina pelo ião SO4 2- é favorecida para elevadas concentrações de Na2SO4 (0,5 mol/L), obtendo-se um fator de separação médio, , de 1,38. A baixas concentrações de Na2SO4, as isotérmicas de permuta iónica tornam-se desfavoráveis o que significa menor afinidade da resina pelo ião sulfato. Para concentrações iniciais de sulfato de sódio de 0,02, 0,05 e 0,02 mol/ obtiveram-se valores de de 0,13, 0,20 e 0,54, respetivamente. O comportamento do sistema (Cl-/SO4 2-) em estudo foi considerado não ideal porque o fator de separação depende da concentração total da solução. Ao nível do estudo do processo de nanofiltração, foram realizados testes experimentais tendo por base planeamentos fatoriais 24 (2 níveis com 4 fatores) e 22 (2 níveis com 2 fatores) para as membranas SelRo MPF-34 e TS80, respetivamente. Para a membrana MPF-34, os fatores mais influentes nas percentagens de remoção de SO4 2- e Ca2+ são a concentração de cloreto e o pH. Os melhores resultados (16% para SO4 2- e 85% para Ca2+) foram obtidos para o valor mais baixo da concentração de Cl- ( 1,4 g/L) e mais elevado para do pH da solução (9). As condições correspondentes ao nível elevado da concentração Cl- ( 2,2 g/L) e nível alto de pH (9), permitiram alcançar a melhor % de remoção de SO4 2- (97 %), no caso dos ensaios realizados com a membrana TS80. Esta membrana é a mais adequada para dessalinizar a solução previamente tratada pela resina Purolite A850 na forma sulfato. Em relação à simulação da dinâmica do processo de permuta Cl-/SO4 2- em coluna de leito fixo, verificou-se que os perfis de concentração dos iões Cl- e SO4 2- foram satisfatoriamente previstos pelo modelo matemático baseado na aproximação LDF (Linear Driving Force) para a descrição da transferência de massa intraparticular. Globalmente, a integração do processo de permuta iónica com a nanofiltração dá bons indícios de perspectivas futuras ao desenvolvimento desta tecnologia como método de dessalinização da água.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias