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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Estudo da Influência das Monocloraminas
Sobre as Membranas de Poliamida na
Osmose Inversa
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Maurício Kipper da Silva
Porto Alegre
2005
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Estudo da Influência das Monocloraminas
Sobre as Membranas de Poliamida na
Osmose Inversa
Maurício Kipper da Silva
Dissertação de Mestrado apresentada como
requisito parcial para obtenção do título de
Mestre em Engenharia
Área de concentração: Pesquisa e
Desenvolvimento de Processos.
Orientador:
Prof.
a
Dr.
a
Isabel Cristina Tessaro
Co-orientador:
Prof.
a
Dr.
a
Keiko Wada
Porto Alegre
2005
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertação Estudo da
Influência das Monocloraminas Sobre as Membranas de Poliamida na Osmose
Inversa, elaborada por Maurício Kipper da Silva, como requisito parcial para
obtenção do Grau de Mestre em Engenharia.
Comissão Examinadora:
Prof.
a
Dr.
a
Lígia Damasceno Ferreira Marczak
Prof. Dr. Luiz Olinto Monteggia
Prof.
a
Dr.
a
Marla Azário Lansarin
“Quando nasci todos riram!
Só eu chorei ...
Por isso vivo minha vida como se fosse eterna,
E aproveito cada minuto como se fosse o último.
Para quando eu morrer,
Quando todos estiverem chorando,
Eu possa rir.”
v
Agradecimentos
Às professoras Isabel Cristina Tessaro e Keiko Wada pela orientação, apoio,
incentivo e principalmente por sempre acreditarem na minha capacidade.
À Refinaria Alberto Pasqualini – Refap S/A por ter doado membranas para a
realização deste trabalho.
À Sirley Secchi pela colaboração em inúmeras tarefas enfrentadas no decorrer
da parte experimental.
Ao Departamento de Engenharia Química da UFRGS, que proporcionou
recursos humanos e materiais, indispensáveis à minha formação.
À todos amigos do mestrado que, além da ótima companhia, sempre se
mostraram dispostos a ajudar quando necessário.
vi
Resumo
A tecnologia de separação por membranas, especialmente a osmose inversa,
está sendo usada atualmente como uma alternativa de produção de águas com maior
qualidade e, também, como processo de tratamento de águas industriais para reuso.
Entretanto, a utilização das membranas é limitada pela sua vida útil e varia conforme
a natureza e quantidade de impurezas presentes nos efluentes e a freqüência de
limpeza. Algumas impurezas também podem propiciar o desenvolvimento de
microorganismos nos canais de escoamento e na superfície das membranas que, em
maior ou menor grau, irão contribuir para a degradação das membranas, fenômeno
este conhecido como biofouling.
Para prevenir o biofouling é necessário um eficiente processo de desinfecção
da corrente de alimentação do sistema de osmose inversa, com o objetivo de
promover a morte dos microorganismos e oxidar a matéria orgânica. A cloração é a
prática adotada em muitas indústrias, mas o cloro pode causar danos ambientais,
perigos à saúde na indústria e também pode trazer prejuízos às membranas de
poliamida, amplamente utilizadas na osmose inversa. É necessário encontrar um
agente menos agressivo ao ambiente e que possa ser mantido em baixas
concentrações na corrente de alimentação da osmose inversa sem danificar as
membranas de poliamida.
Neste contexto, o presente trabalho, teve como objetivo estudar o efeito das
monocloraminas sobre as membranas de poliamida na osmose inversa e comparar o
desempenho das membranas com resultados observado na literatura para outros
oxidantes. A cloramina inorgânica é um oxidante mais fraco que o cloro livre, mas é
capaz de reduzir a população total das bactérias a um nível aceitável. Diversos
experimentos foram realizados em uma unidade de bancada de osmose inversa
utilizando soluções de monocloraminas e membranas de poliamida. Também foi
estudado o efeito catalítico dos íons ferro e alumínio nas reações que levam à
degradação das membranas pelo agente oxidante. Os resultados indicam que houve
uma degradação das membranas de poliamida pelas monocloraminas evidenciada
pelo aumento do fluxo permeado e redução da retenção salina, porém com um
comportamento muito menos agressivo que o observado com o cloro e dióxido de
cloro nas mesmas condições experimentais. O efeito catalítico dos metais estudados
não pôde ser confirmado já que foi observado um aumento da concentração de ferro
durante os experimentos causada pela oxidação das partes metálicas da unidade de
osmose inversa devido a alta concentração de monocloraminas.
vii
Abstract
The membrane separation technology, especially reverse osmosis, is used as
an alternative to water production with higher quality and also to wastewater
treatment in industrial processes for its reuse. However, the use of membranes is
limited by its lifetime, which varies according to the species and amount of
impurities present in the effluent and the frequency of cleaning. Some impurities also
can propitiate the development of microorganisms in the flow channels and on the
surface of the membranes that, in some extend, will contribute for the membrane
degradation, phenomenon known as biofouling.
To prevent biofouling is necessary an efficient disinfection process in the feed
stream of the reverse osmosis unit, to promote the death of the microorganisms and
the oxidation of the organic matter. Chlorination is the practice adopted by many
industries, but chlorine can cause environmental damage, health hazards in the
industry and degradation of the polyamide membranes, which is a material widely
used in the manufacturing of reverse osmosis membranes. It is necessary to find a
less aggressive agent to the environment in order to keep it in low concentrations in
the feeding of the reverse osmosis system without damaging the polyamide
membranes.
In this context, the present work has as objective to study the effect of the
monochloramines on the polyamide membranes in the reverse osmosis process and
to compare the membrane performances with results observed in literature for other
oxidants. The inorganic chloramine is less effective oxidant agent than free chorine,
but is capable to reduce the total population of bacteria to an acceptable level. The
experiments were carried out in a laboratory scale reverse osmosis unit using
solutions of monochloramines and polyamide membranes. Also the catalytic effect of
iron and aluminum ions was studied in the membranes degradation. Polyamide
membrane damage was detected by both, the permeate flux augment and saline
retention diminishing, but by comparison with aqueous chlorine and chorine dioxide,
monochloramines seems to be less aggressive than those compounds under similarly
operating conditions. The catalytic effect of iron and aluminum could not be
confirmed since the presence of iron was observed during all the experiments. This
iron concentration was caused by oxidation of the metallic parts of the reverse
osmosis unit due to high oxidant agents concentration.
viii
Sumário
Introdução ...........................................................................................................1
Fundamentos Teóricos e Revisão Bibliográfica ..............................................4
2.1 Processos de Separação por Membranas................................................................. 4
2.1.1 Membranas..................................................................................................... 6
2.2 Princípios da OI....................................................................................................... 7
2.2.1 Modelo de Transporte no Processo de OI...................................................... 9
2.2.2 Membranas de OI......................................................................................... 11
2.2.3 Módulos de Membranas............................................................................... 13
2.3 Fatores que Afetam a Eficiência dos Processos de OI.......................................... 15
2.3.1 Fouling ......................................................................................................... 16
2.3.2 Biofouling .................................................................................................... 18
2.3.3 Polarização por Concentração...................................................................... 20
2.4 Pré-Tratamento da Corrente de Alimentação da OI.............................................. 22
2.4.1 Uso de Desinfetantes no Pré-Tratamento..................................................... 25
2.5 Efeitos Oxidativos sobre as Membranas de PA .................................................... 27
2.6 Propriedades Físicas e Químicas das Cloraminas................................................. 31
2.7 Métodos Analíticos de Determinação de Cloraminas........................................... 33
2.7.1 Determinação de Cloraminas pelo Método DPD......................................... 34
2.7.2 Determinação das Cloraminas pelo Método UV ......................................... 35
Materiais e Métodos..........................................................................................39
3.1 Reagentes Químicos.............................................................................................. 39
3.2 Membranas............................................................................................................ 41
3.3 Equipamento ......................................................................................................... 41
3.4 Métodos Analíticos ............................................................................................... 44
3.4.1 Análise de Concentração de Cloraminas – Métodos UV e DPD................. 45
3.4.2 Análise de Concentração de Hipoclorito de Sódio ...................................... 46
3.4.3 Análise de pH............................................................................................... 47
3.4.4 Análise de Condutividade Elétrica............................................................... 47
3.4.5 Análise de Concentração de Cloreto de Sódio............................................. 47
3.4.6 Análise de Concentração de Ferro ............................................................... 48
3.4.7 Análise de Concentração de Alumínio......................................................... 48
3.4.8 Análise da Performance das Membranas ..................................................... 48
3.4.9 Análise das Membranas através de Microscopia Eletrônica de Varredura
e Espectroscopia de Energia Dispersiva ............................................................... 49
3.5 Limpeza Química.................................................................................................. 50
3.6 Metodologia Experimental.................................................................................... 50
3.6.1 Escolha do Método Analítico para a Determinação de Cloraminas ............ 51
3.6.2 Análise do Preparo de Soluções de Monocloraminas.................................. 51
3.6.3 Exposição das Membranas às Monocloraminas .......................................... 55
Resultados e Discussão...................................................................................59
4.1 Estudo de Métodos Analíticos para a Determinação de Cloraminas .................... 59
4.2 Estudo do Preparo de Soluções de Monocloraminas ............................................ 63
ix
4.3 Exposição das Membranas às Monocloraminas ................................................... 71
4.3.1 Concentração e pH das Soluções de Monocloraminas nos Experimentos
de Exposição ......................................................................................................... 72
4.3.2 Estudo da Influência das Monocloraminas sobre as Membranas de PA ..... 77
4.3.3 Exposição das Membranas à Soluções de Monocloraminas Contendo
Íons Ferro e Alumínio ........................................................................................... 85
Conclusões e Sugestões .................................................................................92
5.1 Conclusões ............................................................................................................ 92
5.2 Sugestões............................................................................................................... 94
Referências Bibliográficas...............................................................................95
Dados Experimentais .....................................................................................102
Dados dos Fabricantes Sobre as Membranas..............................................120
{ RD Capitulo1_mks.doc }{ RD Capitulo2_mks.doc }{ RD Capitulo3_mks.doc }{ RD
Capitulo4_mks.doc }{ RD Capitulo5_mks.doc }{ RD referencias_mks.doc }{ RD
Ap_A.doc }{ RD AnexoA.doc }
x
Lista de Figuras
Figura 2.1: Representação Esquemática do Fluxo Osmótico, Equilíbrio Osmótico e
OI............................................................................................................................. 8
Figura 2.2: Fotomicrografias da Superfície de Membranas de PA; (a) 75x de
Magnificação e (b) 5500x de Magnificação.......................................................... 13
Figura 2.3: Representação Esquemática do Rearranjo de Orton....................................... 28
Figura 2.4: Representação Esquemática de Reações de Cloraminas. ............................... 32
Figura 2.5: Espectros das Cloraminas na Região do Ultravioleta, segundo Valentine,
Brandt e Jafvert (1986).......................................................................................... 36
Figura 2.6: Espectros de Decomposição de Dicloramina em Tricloramina, segundo
Hand e Margerum (1983)...................................................................................... 37
Figura 3.1: Unidade de OI de Bancada. ............................................................................ 42
Figura 3.2: Esquema da Unidade de OI de Bancada......................................................... 42
Figura 3.3: Desenho Esquemático do Módulo de OI........................................................ 44
Figura 3.4: Aparato de Borbulhamento para Promoção de Transferência de Massa........ 54
Figura 4.1: Reprodutibilidade do Método DPD................................................................ 62
Figura 4.2: Reprodutibilidade do Método UV. ................................................................. 63
Figura 4.3: Concentração de Monocloraminas versus Tempo em Recipientes Abertos
e Fechados............................................................................................................. 64
Figura 4.4: Absorbâncias da Amostra Contida no Recipiente Aberto. ............................. 65
Figura 4.5: Espectros de Absorbância da Substância Absorvida na Água. ...................... 66
Figura 4.6: Concentração de Monocloraminas versus Tempo para a Reação de
Formação com Excesso de 20% de Cloreto de Amônio....................................... 67
Figura 4.7: Concentração de Monocloraminas versus Tempo na Reação de Formação
com 20% de Excesso de Hipoclorito de Sódio. .................................................... 69
Figura 4.8: Concentração de Dicloramina versus Tempo na Reação de Formação de
Monocloraminas com 20% de excesso de Hipoclorito de Sódio.......................... 69
Figura 4.9: Concentração versus Tempo para a Reação de Formação de
Monocloraminas, segundo Jafvert e Valentine (1992). ........................................ 70
Figura 4.10: Espectro de Absorbância Final na Reação de Formação de Cloraminas
com Excesso de Hipoclorito de Sódio. ................................................................. 71
Figura 4.11: Concentração de Monocloraminas em Função do Tempo para o
Experimento 3.1. ................................................................................................... 73
Figura 4.12: pH de Monocloraminas em Função do Tempo para o Experimento 3.1.... 74
Figura 4.13: Concentração de Monocloraminas em Função do Tempo para o
Experimento 3.2. ................................................................................................... 75
Figura 4.14: pH de Monocloraminas em Função do Tempo para o Experimento 3.2.... 75
Figura 4.15: Concentração de Monocloramina Durante os Experimentos com Alta
Concentração......................................................................................................... 76
Figura 4.16: pH da Soluções de Monocloraminas Durante os Experimento com Alta
Concentração......................................................................................................... 76
Figura 4.17: Retenção Salina do Experimento 3.1............................................................ 78
Figura 4.18: Fluxo Permeado do Experimento 3.1. .......................................................... 78
Figura 4.19: Retenção Salina do Experimento 3.2............................................................ 79
Figura 4.20: Fluxo Permeado do Experimento 3.2. .......................................................... 80
xi
Figura 4.21: Resultados de Retenção Salina para Exposições da Membrana a Altas
Concentrações de Monocloraminas. ..................................................................... 81
Figura 4.22: Resultados de Fluxo Permeado para Exposições da Membrana a Altas
Concentrações de Monocloraminas. ..................................................................... 81
Figura 4.23: Retenção em Função do Tempo para o Experimento Realizado por
Adams (1990)........................................................................................................ 84
Figura 4.24: Tempo Necessário para Redução da Performance da Membrana PA em
1% para Soluções com uma Concentração de 500ppm de Oxidante.................... 84
Figura 4.25: Fotomicrografias da Superfície de Membranas de PA Novas com 75x de
Magnificação; (a) Membrana CPA; (b) Membrana ACM.................................... 88
Figura 4.26: Fotomicrografias da Superfície de Membranas do Experimento 3.3 com
75x de Magnificação; (a) Membrana ACM; (b) Membrana CPA. ....................... 88
Figura 4.27: Resultados de Retenção Salina em Função do Tempo de Exposição do
Teste com Alumínio.............................................................................................. 89
Figura 4.28: Resultados de Fluxo Permeado em Função do Tempo de Exposição do
Teste com Alumínio.............................................................................................. 89
Figura 4.29: Fotomicrografias da Superfície de Membranas do Experimento 3.5 com
75x de Magnificação; (a) Membrana do Experimento 3.5-A; (b) Membrana
do Experimento 3.5-B. .......................................................................................... 91
xii
Lista de Tabelas
Tabela 2.1: PSM Relacionados pelo Tamanho dos Poros das Membranas e
Respectivas Pressões de Operação, segundo Mulder (1996).................................. 7
Tabela 2.2: Distribuição dos Diferentes Tipos de Cloraminas com a Variação de pH,
segundo NRC (1979)............................................................................................. 33
Tabela: 2.3: Absortividade Molar do Íon Hipoclorito, da Monocloramina e da
Dicloramina........................................................................................................... 37
Tabela 3.1: Características Operacionais das Membranas................................................ 41
Tabela 3.2: Equações para Conversão de Condutividade Elétrica em Concentração de
Cloreto de Sódio.................................................................................................... 48
Tabela 4.1: Parâmetros das Curvas de Calibração do Método DPD Colorimétrico. ........ 60
Tabela 4.2: Comparação de Resultados para a Concentração de Cloraminas para as
Diferentes Curvas de Calibração do Método DPD. .............................................. 61
Tabela 4.3: Análises de EDS das Membranas do Experimento 3.3.................................. 87
Tabela 4.4: Análises de EDS das Membranas Novas. ...................................................... 87
Tabela 4.5: Análises de EDS das Membranas do Experimento 3.5.................................. 90
Tabela A.1: Experimento 1.1, dados para a obtenção da curva de calibração do
método DPD........................................................................................................ 102
Tabela A.2: Experimento 1.2, avaliação da reprodutibilidade do método DPD
colorimétrico para amostras preparadas sob mesmas condições. ....................... 102
Tabela A.3: Experimento 1.3, avaliação da reprodutibilidade do método UV para
amostras preparadas sob mesmas condições....................................................... 102
Tabela A.4: Experimento 2.1, avaliação da variação da concentração das
monocloraminas devido a evaporação. ............................................................... 103
Tabela A.5: Experimento 2.2, avaliação do tempo necessário para a conversão
máxima na reação de formação de monocloraminas com excesso de cloreto
de amônio............................................................................................................ 103
Tabela A.6: Experimento 2.3, avaliação do tempo necessário para a conversão
máxima na reação de formação de monocloraminas com excesso de
hipoclorito de sódio............................................................................................. 104
Tabela A.7: Experimento 3.1 – R1, avaliação do desempenho da membrana nova
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 104
Tabela A.8: Experimento 3.1 – R2, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 104
Tabela A.9: Experimento 3.1 – R3, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 105
Tabela A.10: Experimento 3.1 – R4, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 105
Tabela A.11: Experimento 3.1 – R5, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 105
Tabela A.12: Experimento 3.2 – R1, avaliação do desempenho da membrana nova
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 106
Tabela A.13: Experimento 3.2 – R2, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 106
xiii
Tabela A.14: Experimento 3.2 – R3, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 106
Tabela A.15: Experimento 3.2 – R4, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 107
Tabela A.16: Experimento 3.2 – R5, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 107
Tabela A.17: Experimento 3.3 – membrana ACM – R1, avaliação do desempenho da
membrana nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl...................... 107
Tabela A.18: Experimento 3.3 – membrana ACM – R2, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 108
Tabela A.19: Experimento 3.3 – membrana ACM – R3, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 108
Tabela A.20: Experimento 3.3 – membrana ACM – R4, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 108
Tabela A.21: Experimento 3.3 – membrana ACM – R5, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 109
Tabela A.22: Experimento 3.3 – membrana ACM – R6, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 109
Tabela A.23: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R1, avaliação do desempenho
da membrana nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................. 109
Tabela A.24: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R2, avaliação do desempenho
da membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.......................... 110
Tabela A.25: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R3, avaliação do desempenho
da membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.......................... 110
Tabela A.26: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R4, avaliação do desempenho
da membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.......................... 110
Tabela A.27: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R5, avaliação do desempenho
da membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.......................... 111
Tabela A.28: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R6, avaliação do desempenho
da membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.......................... 111
Tabela A.29: Experimento 3.3 – membrana CPA – R1, avaliação do desempenho da
membrana utilizando nova solução contendo 2000 ppm de NaCl...................... 111
Tabela A.30: Experimento 3.3 – membrana CPA – R2, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 112
Tabela A.31: Experimento 3.3 – membrana CPA – R3, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 112
Tabela A.32: Experimento 3.3 – membrana CPA – R4, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 112
Tabela A.33: Experimento 3.3 – membrana CPA – R5, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 113
Tabela A.34: Experimento 3.3 – membrana CPA – R6, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl............................... 113
Tabela A.35: Experimento 3.5 – A – R1, avaliação do desempenho da membrana
nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl........................................ 113
Tabela A.36: Experimento 3.5 – A – R2, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 114
Tabela A.37: Experimento 3.5 – A – R3, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 114
xiv
Tabela A.38: Experimento 3.5 – A – R4, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 114
Tabela A.39: Experimento 3.5 – A – R5, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 115
Tabela A.40: Experimento 3.5 – A – R6, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 115
Tabela A.41: Experimento 3.5 – B – R1, avaliação do desempenho da membrana
nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl........................................ 115
Tabela A.42: Experimento 3.5 – B – R2, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 116
Tabela A.43: Experimento 3.5 – B – R3, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 116
Tabela A.44: Experimento 3.5 – B – R4, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 116
Tabela A.45: Experimento 3.5 – B – R5, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 117
Tabela A.46: Experimento 3.5 – B – R6, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 117
Tabela A.47: Experimento 3.5 – C – R1, avaliação do desempenho da membrana
nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl........................................ 117
Tabela A.48: Experimento 3.5 – C – R2, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 118
Tabela A.49: Experimento 3.5 – C – R3, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 118
Tabela A.50: Experimento 3.5 – C – R4, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 118
Tabela A.51: Experimento 3.5 – C – R5, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 119
Tabela A.52: Experimento 3.5 – C – R6, avaliação do desempenho da membrana
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl................................................. 119
xv
Lista de Símbolos
A coeficiente fenomenológico
A absorbância
a coeficiente angular do modelo linear
A
r
área superficial da membrana (m
2
)
b coeficiente linear do modelo linear
c caminho óptico (cm)
C concentração de sais na corrente de alimentação (kg.m
-3
)
C concentração molar (mol.L
-1
)
C
C
concentração de sais da corrente concentrada (kg.m
-3
)
C
P
concentração de sais da corrente permeada (kg.m
-3
)
d
dicloramina
D difusividade mássica (m
2
.s
-1
)
h
hipoclorito
J fluxo permeado (m
3
.m
-2
.s
-1
)
K condutividade elétrica (mS.cm
-1
)
k
w
coeficiente de permeabilidade hidráulica da membrana(m
3
.m
-1
.s
-1
.Pa
-1
)
l espessura da membrana (m)
L permeabilidade de água da membrana (m
3
.m
-2
.s
-1
.Pa
-1
)
m
monocloramina
Q
w
taxa volumétrica de água através da membrana (m
3
.s
-1
)
R resistência elétrica (W)
R retenção (%)
Y concentração de oxidante (ppm de Cloro)
d
z
dX
força motriz, expressa como gradiente de X (temperatura,
concentração, pressão, potencial elétrico) ao longo da coordenada z
e absortividade molar (mol
-1
.L.cm
-1
)
Dp diferença de pressão osmótica através da membrana (Pa)
DP diferença de pressão transmembrana (Pa)
l difusividade térmica (m
2
.s
-1
)
n difusividade de quantidade de movimento (m
2
.s
-1
)
Capítulo 1
Introdução
A aplicação da tecnologia de membranas no tratamento de água permite a produção de
água biologicamente segura e estável, removendo microorganismos, compostos inorgânicos e
orgânicos.
A qualidade da água de alimentação em uma unidade de membranas é o fator mais
importante a ser considerado para assegurar a viabilidade técnica e econômica do processo. A
presença de impurezas pode causar acúmulo de substâncias próximo à superfície da
membrana (fouling) e, dependendo da concentração, até mesmo a precipitação destas
substâncias (scaling) provocando queda no fluxo permeado e a degradação da membrana. Um
tipo particular de fouling é o biofouling, o qual é caracterizado pelo desenvolvimento de
microorganismos nos canais de escoamento e sobre as membranas. O biofouling geralmente é
detectado quando está em estágio avançado o que o torna difícil de ser removido, muitas
vezes inviabilizando a continuidade da operação.
Para prevenir o biofouling é necessário um processo eficiente de desinfecção no
sistema da alimentação da unidade de membranas, com o objetivo de promover a morte dos
microorganismos e oxidação da matéria orgânica.
A desinfecção é uma etapa obrigatória nos tratamentos de água, quer seja para
consumo humano ou para uso industrial, e é normalmente utilizada no final do tratamento. Os
métodos normalmente utilizados para a desinfecção são a radiação ultravioleta, ozonização ou
INTRODUÇÃO 2
adição de agentes oxidantes tais como cloro, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio,
cloraminas, entre outros.
A cloração é a alternativa normalmente utilizada nos processos convencionais de
tratamento de água, entretanto cloro aquoso apresenta um efeito prejudicial sobre as
membranas de poliamida (PA), comuns no processo de osmose inversa (OI). Os fabricantes
de membranas de PA normalmente informam como tolerância ao cloro valores inferiores a
0,1ppm de cloro. Além disso o cloro é responsável pela formação de compostos halogenados,
em especial os trialometanos (THM) que são considerados mutagênicos e carcinógenos.
Para evitar problemas de degradação da membrana, o cloro é eliminado antes da água
entrar no sistema de OI. Este processo implica no aumento do custo do tratamento pela
necessidade de filtros de carvão ativado e adição de produtos químicos, como o bissulfito de
sódio. Por outro lado, a água tratada no processo de OI fica susceptível à contaminação por
microorganismos nas redes de distribuição.
Neste contexto, surge a necessidade da busca de desinfetantes alternativos que não
degradem a membrana de PA, minimizem a geração de subprodutos prejudiciais ao meio
ambiente e deixem um efeito residual para garantir uma água microbiologicamente segura.
Uma possível alternativa com estas características é o uso de monocloraminas que também
demonstram ser uma alternativa mais barata quando comparadas com o dióxido de cloro e o
ozônio, especialmente pela facilidade de uso em tratamento de água em grande escala.
O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos do uso de monocloraminas como agente
oxidante sobre as membranas de PA no processo de OI e comparar o desempenho das
membranas quando expostas às soluções de monocloraminas com aquele obtido para dióxido
de cloro e para cloro livre, em condições operacionais semelhantes, apresentados na literatura.
Também pretende-se estudar o efeito catalítico dos íons ferro e alumínio, principais metais
presentes nas etapas de floculação no tratamento de águas, na degradação da membrana de PA
pela monocloramina.
O trabalho foi desenvolvido em três fases distintas, descritas brevemente a seguir.
INTRODUÇÃO 3
A primeira fase consistiu no estudo dos métodos analíticos para a determinação de
cloraminas. Foram selecionados e comparados dois métodos, entre os disponíveis na literatura
e possíveis de serem realizados no laboratório, a fim de se escolher o mais simples, rápido e
confiável do ponto de vista experimental.
Na segunda fase foi investigado um procedimento para o preparo de soluções estáveis
de monocloraminas e isentas de cloro. Foram investigadas diferentes proporções de reagentes
iniciais a fim de produzir uma solução rica em monocloraminas.
Finalmente, na terceira fase foram realizados experimentos de exposição das
membranas de PA às soluções de monocloraminas. Esta última fase foi subdividida em duas
etapas. Na primeira etapa estudou-se a influência das monocloraminas sobre as membranas de
PA. Na segunda estudou-se o efeito da presença de residuais de alumínio e/ou de ferro no
processo de degradação das membranas de PA causado pela solução de monocloraminas.
No Capítulo 2 são apresentados os fundamentos teóricos dos processos de separação
por membranas (PSM), em especial do processo de OI, do pré-tratamento de águas e dos
desinfetantes mais utilizados. Uma revisão bibliográfica foi realizada sobre os efeitos
produzidos por agentes de desinfecção nas membranas de PA. Também foi realizada uma
busca sobre as propriedades físicas e químicas das cloraminas, visto que este conhecimento é
de fundamental importância para a produção das soluções de monocloraminas. Por fim, esta
revisão discute os dois métodos analíticos de determinação de cloraminas selecionados para
estudo neste trabalho.
No Capítulo 3 são apresentados os produtos químicos e equipamentos utilizados no
desenvolvimento do trabalho experimental. Também são descritos os métodos de análise e a
metodologia experimental adotada em cada etapa. Os resultados dos experimentos da
primeira, segunda e terceira fases são apresentados e discutidos no Capítulo 4.
Finalmente, no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões sobre os resultados obtidos
e as sugestões para trabalhos futuros.
Capítulo 2
Fundamentos Teóricos e Revisão Bibliográfica
Neste capítulo são apresentados fundamentos teóricos sobre o PSM, bem como
princípios da OI, incluindo mecanismos de transporte, membranas e módulos utilizados.
Também são discutidos fatores que afetam o desempenho das membranas, como o biofouling,
que é um dos principais problemas enfrentados no processo de OI. Por este motivo, foi
realizada uma revisão das técnicas de pré-tratamento e do uso de desinfetantes para o controle
biológico da corrente de alimentação da OI. Também foi realizada uma revisão de trabalhos
publicados sobre a influência destes desinfetantes no desempenho das membranas de PA na
OI. A utilização de monocloraminas como desinfetante é o foco deste trabalho, de maneira
que uma revisão das propriedades físicas e químicas das cloraminas e dos métodos analíticos
para sua determinação é de fundamental importância.
2.1 Processos de Separação por Membranas
Os PSM são operações destinadas a separar, concentrar ou purificar substâncias.
Existem vários processos que utilizam membranas, baseados em diferentes princípios ou
mecanismos de separação. Aplicações específicas podem cobrir a separação de um ampla
variedade de substâncias, desde partículas até moléculas.
Entre os diversos processos convencionais de separação, os PSM se destacam devido a
um baixo consumo energético, sendo inclusive utilizados, segundo Schaefer (2001), como
meio alternativo para reaproveitamento de efluentes gerados por processos industriais.
2.1 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS 5
Outras características que favorecem o emprego destes processos de separação são: a
simplicidade de operação, a facilidade de ampliação de escala, a possibilidade de operação em
sistema contínuo ou em batelada, o pequeno espaço físico ocupado e a possibilidade de
combinação com outros processos clássicos de separação.
Cheryan (1986) define filtração como a separação entre dois ou mais componentes de
uma corrente fluida, onde estes componentes são partículas sólidas. Os PSM ampliam esta
definição da filtração convencional para separações onde os solutos estão dissolvidos na
corrente líquida e para separações de misturas de gases.
Apesar de várias diferenças existentes entre os PSM, as membranas representam o
centro vital do processo e podem ser consideradas como uma barreira semi-permeável entre
duas fases.
De acordo com Ho e Sirkar (1992) a membrana é seletiva em relação a uma ou mais
espécies. Algumas espécies passam preferencialmente através da membrana em relação às
outras. O PSM é, então, um processo de transferência seletivo e controlado de uma ou mais
espécies de uma fase para a outra separadas pela membrana.
O transporte de uma dada espécie, através da membrana, ocorre devido à existência de
uma força motriz. Esse transporte depende da morfologia da membrana e da força motriz
empregada no processo. Em muitos casos, o fluxo de permeado através da membrana é
proporcional à força motriz, isto é, a relação entre o fluxo e a força motriz pode ser escrita por
uma equação fenomenológica linear. A proporção entre o fluxo (J) e a força motriz é dada
por:
d
z
dX
J A-=
(2.1)
onde:
A = coeficiente fenomenológico;
2.1 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS 6
d
z
dX
= força motriz, expressa como gradiente de X (temperatura, concentração,
pressão, potencial elétrico) ao longo da coordenada z, perpendicular à membrana.
Os coeficientes fenomenológicos relativos ao fluxo e à força motriz são a difusividade
mássica (D, lei de Fick), permeabilidade (L, lei de Darcy), difusividade térmica (l, lei de
Fourier), difusividade de quantidade de movimento (n, lei de Newton) e condutividade
elétrica (1/R, lei de Ohm, onde R = resistência elétrica). A força motriz pode ser o gradiente
de potencial químico ou de potencial elétrico.
2.1.1 Membranas
Vários são os materiais empregados na fabricação das membranas, tais como:
polímeros, cerâmicas, carbono, metais, óxidos metálicos, vidros e soluções líquidas. Além
disso, podem ser naturais, sintéticas, neutras ou carregadas. As membranas cerâmicas são de
grande importância, pois possuem altas resistências química e térmica. As membranas
líquidas são muito estudadas, mas sua aplicação industrial ainda é muito restrita. Já as
membranas poliméricas dominam o mercado pois possuem uma grande versatilidade,
podendo compor uma grande variedade de módulos, além de apresentarem um campo de
aplicação muito amplo.
De um modo geral, as membranas poliméricas são classificadas em porosas e densas.
As membranas porosas possuem poros de tamanhos variados, dependendo do processo ao
qual se destinam. Esses poros, segundo Ho e Sirkar (1992), podem conter um fluido (líquido
ou gás) no seu interior. A membrana densa não possui poros. Além disso, a membrana pode
ser líquida, com ou sem uma segunda fase ou até mesmo um gel.
As membranas são consideradas densas quando o transporte dos componentes envolve
uma etapa de dissolução e difusão através do material que constitui a membrana. A membrana
é denominada porosa quando o transporte através da mesma ocorre devido à diferença de
tamanhos entre as substâncias e os poros da membrana. Membranas de OI são densas e o seu
mecanismo de transporte é denominado de solução/difusão.
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 7
Tanto as membranas densas como as porosas podem ser simétricas ou assimétricas.
Membranas simétricas apresentam as mesmas características morfológicas ao longo de sua
espessura, ao contrário das assimétricas, que se caracterizam por uma região superior muito
fina, aproximadamente 1mm, mais fechada, porosa ou não, chamada de pele, suportada em
uma estrutura porosa, mais aberta, a qual oferece menos resistência à passagem do permeado,
mas confere à membrana resistência mecânica. Quando ambas as estruturas são constituídas
de um único material são chamadas de integrais e, caso sejam formadas por materiais
diferentes, são chamadas de compostas.
Nos PSM onde a força motriz é o gradiente de pressão as membranas são
diferenciadas pelos tamanhos de poros e pelos limites de pressão aplicados em cada processo,
conforme apresentado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: PSM Relacionados pelo Tamanho dos Poros das Membranas e Respectivas
Pressões de Operação, segundo Mulder (1996).
PSM Tamanho de poros (nm) Limites de pressão (bar)
Microfiltração 50 – 10000 0,1 - 2
Ultrafiltração 1 – 100 1 – 5
Nanofiltração < 2 5 – 20
Osmose Inversa sem poros 10 – 100
2.2 Princípios da OI
OI é um processo para remover solutos de baixa massa molar de um solvente,
tipicamente água, através de uma membrana semipermeável, onde a água passa
preferencialmente em relação ao soluto. O nome inversa implica na inversão do fenômeno
natural da osmose, pela aplicação de uma diferença de pressão, maior do que a pressão
osmótica, sobre a solução mais concentrada.
A osmose é um fenômeno que ocorre naturalmente em vários processos biológicos e,
segundo Rautenbach e Albrecht (1989), consiste no transporte do solvente através de uma
membrana semipermeável, como o resultado de uma diferença de concentração (potencial
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 8
químico) entre as fases líquidas separadas por esta membrana. O solvente é transportado da
fase menos concentrada em soluto para a fase mais concentrada em soluto, Figura 2.1 (a) e,
se o sistema não estiver sujeito a influências externas, uma diferença de pressão hidrostática é
estabelecida entre as fases, Figura 2.1 (b). Esta condição é conhecida como equilíbrio
osmótico e a correspondente diferença de pressão (Dp) é denominada pressão osmótica.
Se uma pressão maior do que a pressão osmótica (DP>Dp) for aplicada sobre a solução
mais concentrada, Figura 2.1 (c),o fluxo de solvente pode ser invertido sendo transportado
através da membrana da solução mais concentrada para a menos concentrada e esta condição
caracteriza o processo de OI.
Figura 2.1: Representação Esquemática do Fluxo Osmótico, Equilíbrio Osmótico e OI.
De acordo com Byrne (1995), a OI tornou-se uma tecnologia de tratamento de água de
uso comum a muitas indústrias que requerem separação de solutos dissolvidos em um
solvente, geralmente água. A aplicação mais comum da OI é a purificação de água,
envolvendo a remoção de contaminantes indesejados. Indústrias fazem intenso uso desta
aplicação da OI desde produção de água de processo ultrapura, até o tratamento de efluentes
industriais.
O processo de OI também é utilizado para produzir água potável pela dessalinização
de água do mar e em residências para melhorar o gosto da água e remover contaminantes
prejudiciais à saúde. A OI é um componente fundamental em sistemas de tratamento para
água utilizada na fabricação de semicondutores, produtos farmacêuticos, aparelhos médicos,
assim como na purificação de água utilizada para diálise e para geração de vapor de alta
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 9
pressão. Com o passar dos anos, novas aplicações vêm sendo encontradas para os processos
de OI.
Byrne (1995) considera que a atual expansão da tecnologia de OI é devido,
principalmente, à sua operação econômica e simples. Comparada a outras tecnologias de
remoção de sais dissolvidos, a OI não requer energia na forma de calor para mudança de fase,
tal como a destilação, e também não requer grandes volumes de reagentes químicos, tal como
é necessário em sistemas por troca iônica. Um processo básico de OI utiliza uma bomba de
alta pressão, para prover a força motriz, e uma membrana semi-permeável.
2.2.1 Modelo de Transporte no Processo de OI
Byrne (1995) expõe que o processo de OI é diferente da filtração convencional, onde
as partículas são retidas por serem maiores do que os poros das membranas. Poros
provavelmente não existem em membranas de OI, pois mesmo com a utilização de
microscópios de alta resolução nunca foram encontrados. É possível que água e partículas de
pequena massa molar sejam capazes de uma difusão através da estrutura do material
constituinte da membrana, por meio de ligações e afinidades entre os segmentos de sua
estrutura química. Entretanto, sais dissolvidos e moléculas orgânicas de grande massa molar
não serão transportadas através da membrana em função dos seus tamanhos e características
de carga.
O modelo comumente aceito que descreve o mecanismo de transporte do soluto e do
solvente através de uma membrana de OI é conhecido como modelo de solução-difusão.
Segundo Ho e Sirkar (1992), este modelo originalmente desenvolvido por Lonsdale, Merten e
Riley (1965), assume que tanto o solvente como o soluto se dissolvem na camada superficial
densa da membrana de OI e difundem-se separadamente através da mesma devido ao
gradiente de potencial químico de cada espécie. Este gradiente é o resultado, principalmente,
da diferença de concentração e pressão através da membrana.
As diferenças de solubilidade (coeficiente de partição) e difusividade do soluto e do
solvente na membrana são importantes neste modelo, já que estas diferenças influenciam
fortemente o fluxo através da membrana e sua seletividade. O processo de
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 10
sorção/difusão/dessorção das diferentes espécies, depende do tamanho, da forma e da carga
das mesmas e de suas interações com a membrana.
Brandt (1985) ressalta que o fluxo de água transportado através da membrana depende
dos seguintes fatores: propriedades da membrana, temperatura da solução, diferença de
pressão aplicada através da membrana e diferença de pressão osmótica entre o concentrado e
a solução diluída. A pressão osmótica é proporcional à temperatura e à concentração da
solução e, também, depende dos tipos das espécies iônicas presentes. O transporte da água
através da membrana pode ser descrito pela equação:
l
APk
Q
rw
w
)( pD-D
=
(2.2)
onde:
Q
w
= taxa volumétrica de água através da membrana (m
3
.s
-1
);
k
w
= coeficiente de permeabilidade da membrana para água (m
3
.m
-1
.s
-1
.Pa
-1
);
DP = diferença de pressão através da membrana (Pa);
Dp = diferença de pressão osmótica através da membrana (Pa);
A
r
= área superficial da membrana (m
2
);
l = espessura da membrana (m).
O fluxo de soluto através da membrana, de acordo com Henry et al. (1997), é devido a
um efeito combinado de arraste pelo solvente, geralmente insignificante, e difusão através da
membrana. A difusão de solutos através da membrana é uma função da diferença de potencial
químico, traduzida principalmente pela diferença de concentração entre as soluções
concentrada e permeada. Logo, somente o fluxo de água através da membrana depende da
pressão, e desta forma, um aumento da pressão significa um aumento na retenção de sais, pois
a concentração de sais no permeado diminui, tendo como conseqüência, a melhora do
desempenho do processo de separação.
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 11
Conforme Ho e Sirkar (1992) as variáveis de operação importantes para a OI são a
vazão de alimentação, a concentração dos solutos dissolvidos, o tipo de soluto, a pressão
transmembrana, a temperatura, o pH e a concentração dos sólidos suspensos (caso estejam
presentes).
2.2.2 Membranas de OI
As membranas de OI são usadas, principalmente, para obtenção de água pura,
proporcionando a produção de água biologicamente segura e estável removendo os
microorganismos e os compostos inorgânicos e orgânicos, segundo Vrouwenvelder e Kooij
(2001). O processo de OI também pode ser utilizado para concentrar soluções, como exemplo,
pode-se citar a concentração do leite, onde a membrana de OI retém todos os nutrientes.
Para aplicações de purificação de água, de acordo com Byrne (1995), as duas famílias
de membranas de OI mais utilizadas são constituídas por polímeros de acetato de celulose
(AC) e poliamida (PA). Um terceiro tipo utiliza polissulfona carregada (PS).
Membranas de PA são amplamente utilizadas devido as suas características de elevado
fluxo permeado e elevada retenção. Possuem excelente estabilidade química e resistência ao
ataque biológico. São capazes de operar numa ampla faixa de pH e temperatura mas são
muito sensíveis a agentes oxidantes, tal como o cloro livre.
Membranas de AC possuem uma resistência maior a agentes oxidantes e alta
estabilidade química, mas são limitadas a operar num estreito intervalo de pH. Fora dos
valores de pH especificados pelos fabricantes essas membranas são facilmente hidrolisadas e
degradadas. Além disso, não possuem boa retenção salina, não sendo utilizadas em aplicações
que requerem alta pureza. Estas membranas operam em uma faixa estreita de pH, entre 4,0 e
6,5 (BRANDT, LEITNER, G. e LEITNER, W., 1992).
Membranas de PS são carregadas negativamente, possuem alta resistência a agentes
oxidantes e podem operar numa ampla faixa de pH, mas devido as suas características de
carga, atraem e retêm cátions em sua superfície, reduzindo a sua performance.
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 12
O fluxo de solvente através da membrana, de acordo com Mulder (1996), é tão
importante quanto a seletividade em relação aos vários tipos de soluto, e é inversamente
proporcional à espessura da membrana. Por esta razão, a maioria das membranas de OI
possuem uma estrutura assimétrica, isto é, uma fina e densa película de membrana (menor do
que 1µm) é suportada por outra camada porosa de maior espessura (50 - 150µm). A
resistência ao transporte de solvente através da membrana é determinada principalmente pela
película fina e densa que também é responsável pelas características de seletividade da
membrana. A camada suporte porosa confere resistência mecânica à película. Membranas
com estrutura assimétrica podem ter a película seletiva e camada suporte constituídas por
materiais poliméricos diferentes, para que cada camada seja otimizada separadamente.
As membranas assimétricas compostas, formadas por uma pele de PA suportada em
uma camada de PS, são as mais utilizadas nos sistemas de OI devido à sua alta retenção de
sais e produção de permeado.
Brandt, Leitner, G. e Leitner, W. (1992) destacam que membranas compostas de OI
em geral apresentam melhores características de estabilidade química, resistência a ataques
microbiológicos e possuem a habilidade de produzir altos fluxos de solvente operando com
pressões moderadas.
Embora a PA não sofra ataque biológico, ela é suscetível a depósitos. Isto ocorre
principalmente devido a duas características de superfície (SCOTT, 1997), que são:
1. carga: as membranas de PA apresentam carga aniônica na superfície. Por isso, a
superfície das membranas apresenta uma forte afinidade com compostos orgânicos e
bactérias;
2. morfologia: observando com um microscópio eletrônico de varredura (MEV), as
membranas de PA têm uma superfície extremamente irregular com fissuras, anzóis e
depressões, conforme pode ser verificado na Figura 2.2. Bactérias e substratos orgânicos são
capturadas na superfície irregular do filme de PA e são difíceis de serem removidos ou
requerem limpezas mais freqüentes.
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 13
(a) (b)
Figura 2.2: Fotomicrografias da Superfície de Membranas de PA; (a) 75x de
Magnificação e (b) 5500x de Magnificação.
Membranas de OI, segundo Byrne (1995), são bastante hidrofílicas, o que significa
que sua estrutura química atrai as moléculas de água. A habilidade de uma membrana de OI
permitir a difusão de certos solutos enquanto rejeita outros não é absoluta, mas geralmente
íons de maior valência e de maior tamanho sofrem maior rejeição.
Macêdo (2000) avalia que as membranas de OI em geral retêm a maioria dos
contaminantes orgânicos e até 99% de todos os íons. Retêm ainda, até 99,9%, os vírus, as
bactérias e os colóides.
2.2.3 Módulos de Membranas
As membranas de OI são montadas em várias configurações juntamente com
espaçadores, canais de escoamento, suportes e acessórios para vedação. O conjunto resultante
desta montagem é denominado módulo ou elemento.
Os módulos podem ser de quatro tipos: placa e quadro, tubular, fibra oca e espiral. A
escolha para uma determinada separação depende de uma série de fatores, tais como:
densidade de empacotamento (m
2
/m
3
), custo, resistência ao fouling, condições operacionais,
características da mistura a ser fracionada, facilidade de limpeza e manutenção.
De acordo com Byrne (1995), membranas de OI em configurações tubular e placa e
quadro constituíram os primeiros sistemas de OI em larga escala colocados em operação, mas
2.2 PRINCÍPIOS DA OI 14
apresentaram desvantagens como o alto custo e uma baixa área superficial de membranas por
volume de módulo. As configurações mais utilizadas nos sistemas de OI são em espiral ou de
fibra oca, que possuem, entre outras características, maior área superficial de membranas por
volume de módulos utilizados. Membranas em fibras ocas perderam espaço comercial com o
surgimento das membranas em espiral, mas ainda são bastante utilizadas em sistemas de
dessalinização. Segundo Buecker (2000), módulos com membranas em espiral são atualmente
os mais amplamente utilizados em sistemas de OI.
Nos módulos tubulares, a membrana é suportada na superfície de um tubo poroso. Este
tubo pode ser de fibra de vidro, cerâmica, carbono, plástico ou aço inoxidável. Os tubos
podem ser conectados em série através de suas extremidades de acordo com a taxa de
recuperação requerida. Suas principais vantagens são a baixa tendência ao fouling, devido à
possibilidade de operar com alta velocidade de escoamento tangencial, facilidade de limpeza e
podem operar em altas pressões. As desvantagens são: pouca área superficial por unidade de
volume, custo elevado e poucas opções de tipos de materiais de membranas (BRANDT;
LEITNER, G. e LEITNER, W., 1992).
Os módulos placa e quadro são constituídos por sanduíches de membranas
intercaladas por espaçadores de alimentação e permeado. Camadas do conjunto podem ser
empilhadas, tal que o concentrado de uma placa alimente a próxima, até atingir a recuperação
desejada. Estes módulos são adequados para experimentos em escala laboratorial, e em escala
industrial quando a vazão de permeado é baixa, pois estes módulos apresentam uma
densidade de empacotamento baixa.
De acordo com Gauwbergen e Baeyens (2001), unidades para membranas planas são
preferidas em experimentos laboratoriais para a determinação de propriedades intrínsecas das
membranas em relação ao fluxo de permeado e à eficiência de separação. Estas unidades não
são caras e, devido à facilidade de substituição de membranas, permitem que diferentes
membranas sejam utilizadas. O uso industrial destas unidades é excluído devido a baixa área
de membrana por volume da unidade.
O módulo de fibra oca é formado por uma quantidade muito grande de tubos finos
(d<0,5mm) e longos, inseridos em um tubo maior em uma configuração similar a do trocador
de calor casco e tubos. A alimentação é bombeada para o interior do tubo e o permeado
2.3 FATORES QUE AFETAM A EFICIÊNCIA DOS PROCESSOS DE OI 15
coletado na extremidade após percolação pelo interior das fibras (BYRNE, 1995). Segundo
Brandt, Leitner, G. e Leitner, W. (1992), as principais vantagens desta configuração são alta
superfície de membrana por unidade de volume, alta recuperação por módulo e fácil
manutenção. A principal desvantagem é a sensibilidade ao fouling. Estes módulos são muito
utilizados industrialmente, embora estejam perdendo mercado para os espirais.
Segundo Ho e Sirkar (1992), os módulos espirais apresentam um eficiente
empacotamento de membrana em folha plana sob uma forma cilíndrica. Um envelope
retangular, com três arestas coladas, é formado por duas membranas com a camada seletiva
voltada para a parte externa do envelope. Dentro do envelope, é colocada uma malha fina,
espaçador interno, que permite o escoamento do permeado em seu interior, mesmo quando as
superfícies externas do envelope estiverem submetidas a altas pressões. A extremidade aberta
do envelope é conectada a um tubo coletor através de pequenos furos que permitem o
escoamento do permeado de dentro do envelope para o interior do tubo. Dependendo do
diâmetro desejado para o módulo a ser construído, vários envelopes podem ser enrolados ao
redor do tubo coletor. Entre dois envelopes, uma malha grossa, espaçador externo, é colocada
a fim de criar o canal para o escoamento da corrente de alimentação e promover a sua
turbulência. A corrente de alimentação percorre longitudinalmente o módulo em espiral, entre
os espaçadores dos envelopes de membranas, tangencial às suas superfícies, e o solvente
escoa transversalmente através das membranas para dentro dos envelopes e em seguida para o
tubo central coletor de permeado.
As principais vantagens dos módulos espirais são boa resistência ao fouling, facilidade
de limpeza e podem ser confeccionados com uma grande variedade de membranas. Suas
principais desvantagens são a maior tendência à polarização por concentração e dificuldade
em atingir altas recuperações em sistemas pequenos. Suas vantagens são muito superiores às
suas desvantagens e por isso sua grande utilização em escala industrial (BRANDT; LEITNER, G.
e LEITNER, W., 1992).
2.3 Fatores que Afetam a Eficiência dos Processos de OI
Vários são os problemas que podem surgir em um sistema de OI em operação, tais
como: polarização por concentração, precipitação de sais, fouling e biofouling.
2.3 FATORES QUE AFETAM A 16
As membranas de OI são especificadas através do seu desempenho. As medidas de
desempenho das membranas de OI são a permeabilidade hidráulica, o fluxo permeado e a
retenção salina.
A retenção salina geralmente é medida com soluções padronizadas de NaCl na
concentração de 2000ppm, temperatura de 25ºC e pressão transmembrana de 8kgf.cm
-2
.
Valores típicos de retenção salina são superiores a 90% para águas salobras e maiores que
99% para água do mar.
A relação de proporcionalidade estabelecida entre o fluxo permeado e a força motriz,
no caso da OI, a diferença de pressão através da membrana, é:
PLJ D×= (2.3)
onde:
J = fluxo permeado (m
3
.m
-2
.s
-1
);
L = permeabilidade hidráulica ou permeabilidade de água da membrana
(m
3
.m
-2
.s
-1
.Pa
-1
);
DP = diferença de pressão transmembrana (Pa).
O fluxo permeado e a retenção salina são dependentes do material e da espessura da
membrana, da qualidade da água de alimentação e das condições operacionais. Para
Bhattacharyya e Willians (1992), as condições operacionais e as características da água de
alimentação que mais influenciam no desempenho das membranas são a velocidade de
escoamento tangencial, a pressão, a temperatura, o pH e a concentração de solutos e de
contaminantes. Como conseqüência de alterações destes fatores, tem-se a ocorrência de
fenômenos que também influenciam o desempenho das membranas, como a formação de
fouling, biofouling e compactação da membrana.
2.3.1 Fouling
De acordo com Brandt, Leitner, G. e Leitner, W. (1992) e Matsuura (1992), a
superfície das membranas, ao longo da operação, pode impregnar com materiais coloidais,
2.3 FATORES QUE AFETAM A 17
orgânicos, óxidos e hidróxidos de metais e crescimento biológico; estas incrustações são
denominadas de fouling. Precipitação de sais da corrente de alimentação podem causar
depósitos na superfície da membrana. Materiais coloidais são geralmente diminutas partículas
argilosas; materiais orgânicos podem ser óleos e gorduras, ácidos húmicos e taninos; óxidos e
hidróxidos de metais são geralmente formados por ferro, manganês e alumínio. A presença de
sólidos suspensos na corrente de alimentação, tal como sedimentos, pode causar entupimento
do canal de alimentação dos módulos de membrana, assim como fouling em sua superfície.
Incrustações minerais, tais como sais, consistem de carbonato de cálcio, sulfato de cálcio,
sulfato de bário e silicatos, entre outros.
De acordo com Byrne (1995) os tipos de fouling na superfície das membranas
dependem das características físico-químicas e da composição da corrente de alimentação,
bem como das condições de pressão, temperatura, vazão e taxa de recuperação de permeado
na qual opera o sistema de OI. À medida que a água permeia através das membranas, fouling
se acumula em sua superfície, reduzindo o fluxo de permeado e aumentando a perda de carga
da corrente de alimentação nos módulos de membrana, como resultado de uma maior
resistência ao transporte dessas correntes.
Amjad (1992) relata que se as substâncias que causam fouling forem acumuladas na
membrana, sua deterioração gradual, mas séria, irá ocorrer. Eventualmente, o fouling pode se
tornar irreversível, necessitando a substituição das membranas.
Byrne (1995) considera fouling uma ocorrência normal em operações de sistemas de
OI e pode ser controlado com um monitoramento adequado e limpezas químicas periódicas.
Depósitos de minerais precipitados podem ou não ser controlados, dependendo da natureza de
suas formações. Alguns tipos de depósitos, tais como sulfatos ou silicatos, podem ser
extremamente difíceis de remover da superfície das membranas. Tais incrustações podem
rapidamente levar à perda de desempenho das membranas de OI. No entanto, o potencial de
incrustações de uma determinada corrente de alimentação pode ser controlado com um pré-
tratamento adequado, condições de operação apropriadas e adição de produtos químicos.
De acordo com Hooley, Pittner e Amjad (1992), análises específicas, tais como a de
turbidez e índice de densidade de lodo (SDI), podem ser usadas como indicadores do
potencial de fouling de correntes de alimentação de sistemas de OI.
2.3 FATORES QUE AFETAM A 18
O SDI é a medida da tendência das partículas suspensas de bloquear as membranas de
OI, isto é, é a medida da taxa na qual a membrana torna-se entupida com a água de
alimentação sob condições de operação constantes. Esta medida é utilizada para a avaliação
da qualidade do pré-tratamento da água de alimentação. O valor do SDI é derivado do tempo
requerido para filtrar um volume padrão (normalmente 500cm
3
) através de um microfiltro
(tamanho de poro nominal de 0,47mm) em uma pressão constante de 2bar. São realizadas duas
medidas, uma com o filtro limpo e outra após um período de permeação, usualmente 15
minutos. A correlação empírica entre o SDI e o fouling tem mostrado que o SDI deve ser
menor que 4 para minimizar a taxa de fouling coloidal e para a obtenção de um bom
desempenho por um período de 3 anos ou mais, (PUSCH, 1990).
Para restaurar o desempenho do sistema de OI é necessário limpar a membrana
periodicamente. O procedimento e o agente de limpeza dependem do tipo e intensidade do
fouling e do tipo de membrana, (SADHOWANI e VEZA, 2001).
2.3.2 Biofouling
Biofouling é um caso particular de fouling e é considerado a maior causa de problemas
operacionais em plantas de OI. Segundo definição de Vrouwenvelder e Kooij (2001),
biofouling é o acúmulo e desenvolvimento de microorganismos na superfície da membrana e
nos canais de escoamento.
O biofouling é o resultado das complexas interações entre o material de que é feita a
membrana e os microrganismos contidos na corrente de alimentação, dependendo também
dos parâmetros do fluido. A principal fonte de contaminação é a água de alimentação. Em
sistemas de OI onde são usadas membranas de PA, este fato se agrava devido à necessidade
de eliminar totalmente o cloro livre da corrente de alimentação da OI, para evitar a
degradação das membranas.
Segundo Scott (1997), os filtros, de carvão ativo, estático ou de cartuchos, utilizados
no sistema de pré-tratamento, são fontes de desenvolvimento de microorganismos. O
fornecimento de nutrientes também é um fator para o crescimento do biofilme. Estes
nutrientes têm origem na água captada, em aditivos utilizados no pré-tratamento, ou em
produtos da degradação dos ácidos húmicos pelo cloro.
2.3 FATORES QUE AFETAM A 19
Segundo Aleem, Al Sugair e Alahmad (1998), os passos para a formação do
biofouling obedecem a seqüência a seguir:
· adsorsão de espécies orgânicas na superfície da membrana;
· transporte de células microbiológicas para a superfície da membrana;
· fixação dos microorganismos na superfície da membrana;
· desenvolvimento do metabolismo de fixação e crescimento dos microorganismos;
· limitação do desenvolvimento microbiológico, atingindo o estado estacionário.
Byrne (1995) e Scott (1997) enumeraram os principais efeitos danosos do fouling
biológico em membranas de OI:
· redução do fluxo permeado, devido à formação de uma barreira, diminuindo a área
de contato entre a corrente bulk da alimentação e superfície semipermeável da
membrana;
· aumento gradual da resistência ao escoamento tangencial na superfície da
membrana, resultando no aumento da queda de pressão ao longo do módulo;
· redução da retenção salina, provocada pela diminuição do fluxo convectivo do
fluido, próximo à superfície da membrana, resultando no aumento da polarização
por concentração e da passagem de soluto através da membrana;
· diminuição da retenção salina devido à aceleração da deterioração da membrana e
dos componentes do módulo causada pelo ataque direto das enzimas bacterianas
ou de processos indiretos, como mudanças de pH, associados ao metabolismo e ao
crescimento do biofilme;
· um aumento dos riscos à saúde devido ao desenvolvimento de microorganismos
patogênicos na superfície da membrana.
2.3 FATORES QUE AFETAM A 20
Whittaker, Ridgway e Olson (1994) consideram que biofouling sobre ou através de
superfícies por onde a água deve passar tem sido de maior importância, pois a formação de
biofilme pode diminuir a velocidade da água, entupir canos, aumentar a utilização de energia
e diminuir a eficiência da operação. O biofouling é um processo muito lento e, em muitos
casos, não percebido até que a situação se torne grave. Os problemas causados pelo biofouling
são atribuídos a muitas outras causas. O sinal direto de que a membrana apresenta biofouling
é o desenvolvimento microbiano em partes acessíveis do sistema e um sinal indireto é o
aumento da performance após limpeza com bactericida.
Para prevenir o desenvolvimento de microorganismos, o pré-tratamento deve reduzir a
quantidade de nutrientes e promover a desinfeção da água de alimentação. A desinfeção pode
ser realizada através de vários métodos, sendo os mais comuns, a cloração, a radiação
ultravioleta e a ozonização.
Membranas formadas por polímeros como PA, poliimida, poli(eter/amida) e
poli(eter/uréia) são sensíveis ao cloro. Neste caso, a água de alimentação deve ser desclorada
com metabissulfito de sódio antes de entrar no sistema de OI.
Quando ocorre desenvolvimento biológico no sistema de OI, é indicada uma limpeza
química com um detergente ou um complexante em pH alcalino. Após, é indicada uma
desinfeção do sistema com formaldeído, peróxido de hidrogênio ou ácido peracético.
Segundo, Mohammadi (2001), além do agente de limpeza, a vazão, a turbulência, o
pH, a temperatura e o tempo de contato com o agente de limpeza, também influenciam no
resultado da limpeza química.
2.3.3 Polarização por Concentração
O termo polarização por concentração é usado para descrever o acúmulo do soluto
retido à superfície da membrana, onde a concentração do soluto é muito maior do que a
concentração na solução de alimentação. Como a água passa através da membrana, o fluxo
convectivo do soluto em direção à superfície da membrana é muito maior que o fluxo difusivo
do soluto de volta para a solução de alimentação; como resultado, a concentração do soluto na
superfície da membrana aumenta. Com o aumento de acúmulo de soluto na superfície,
2.3 FATORES QUE AFETAM A 21
aumenta-se o gradiente de concentração que favorece a contradifusão do soluto da superfície
da membrana para o seio da solução em escoamento, atingindo-se um estado “estacionário”.
A esta camada dá-se o nome de camada de polarização por concentração. Este fenômeno pode
ocasionar um aumento na passagem de sais através da mesma.
Byrne (1995) destaca que a passagem de água através da membrana é uma função da
diferença de pressão através da membrana, enquanto que a passagem de sais não é uma
função desta diferença. A passagem de solutos e solvente através da membrana aumenta com
o aumento da temperatura da corrente de alimentação, conforme observa Bukay (1992).
Os possíveis efeitos negativos da polarização por concentração são:
· decréscimo no fluxo de água devido ao aumento na pressão osmótica na superfície
da membrana;
· aumento da passagem do soluto através da membrana;
· precipitação do soluto se a concentração exceder o limite da solubilidade do sal,
diminuindo a área útil da membrana e, portanto, reduzindo o fluxo de permeado;
· mudança nas propriedades de separação da membrana;
· favorecimento de fouling.
Segundo Lisdonk et al. (2001), a concentração de solutos sobre a superfície da
membrana causada pela concentração de polarização proporciona uma maior passagem de
sais através da membrana. Polarização de concentração pode ser reduzida pelo aumento da
turbulência da corrente de alimentação, ao passo que fouling não é reduzido apenas por
turbulência, devido à natureza química da sua interação com a superfície da membrana.
Nas equações para predizer o fluxo permeado através das membranas, o aumento da
pressão resulta num aumento do fluxo de água por unidade de área de membrana. Embora, em
alguns modelos, o transporte de sais através da membrana não seja afetado pela pressão, o
aumento da passagem de água dilui a corrente de permeado, aumentando a retenção de sais,
(BRANDT; LEITNER, G. e LEITNER, W., 1992).
2.4 PRÉ-TRATAMENTO DA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO DA OI 22
2.4 Pré-Tratamento da Corrente de Alimentação da OI
Segundo Ho e Sirkar (1992), as águas de alimentação, normalmente, contêm
componentes que podem afetar adversamente a performance e o tempo de vida da membrana
de OI. Portanto, o desempenho de um sistema de OI será tanto melhor quanto melhor for o
sistema de pré-tratamento da água. Todo sistema de OI inclui algum nível de pré-tratamento
da água a fim de:
· aumentar o tempo de vida útil das membranas;
· prevenir a formação de fouling das membranas;
· manter a performance, isto é, a retenção e a recuperação do sistema.
O sucesso da OI depende da aplicação de métodos adequados para prevenir fouling,
conforme o tipo de agente que está causando o fouling, um tipo de pré-tratamento deverá ser
usado. Esforços para controlar o fouling nas membranas em sistemas de OI têm se
direcionado ao pré-tratamento, incluindo a adição de antiincrustantes. Bradley (1992) ressalta
que produtos antiincrustantes e dispersantes podem ser injetados na corrente de alimentação
de OI a fim de reduzir a formação de fouling e de depósitos. Estes produtos retardam o
processo de precipitação, inibindo o crescimento de cristais e mantém as partículas suspensas
e dispersas. Diversos tipos de antiincrustantes e dispersantes poliméricos e não poliméricos
são utilizados em sistemas de OI. Apesar da eficácia destes compostos, o fouling permanece
como um problema. Experiências comprovam que apenas o pré-tratamento da água de
alimentação não garante que o fouling seja eliminado totalmente e , portanto, limpezas
regulares devem fazer parte da operação.
Bradley (1992) afirma que águas originárias das mais variadas fontes podem receber
tratamento adequado possibilitando alimentar sistemas de OI. A fim de remover partículas e
contaminantes de origem orgânica e inorgânica, uma seqüência de operações podem ser
requeridas. Clarificação, filtrações, ultrafiltração, ajustes de pH, remoção de agentes oxidantes
e injeção de produtos antiincrustantes e dispersantes podem ser utilizadas, entre outras
operações.
2.4 PRÉ-TRATAMENTO DA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO DA OI 23
A etapa de clarificação, que envolve a coagulação e a floculação, tem a finalidade de
transformar as impurezas que se encontram em suspensão fina, em estado coloidal; bactérias,
protozoários, e/ou plâncton em partículas maiores que possam ser removidas por decantação e
filtração. A coagulação e a floculação da água representam uma parte bastante delicada e
importante do tratamento e, se falharem, podem causar problemas bastante sérios na
decantação, filtração e mesmo na desinfeção.
Sob condições normais, a clarificação é necessária quando a fonte de captação fornece
água com turbidez elevada e com grande concentração de contaminantes. Segundo Kim
(1995), a operação de clarificação permite que um grande percentual de contaminantes seja
precipitado rapidamente. Devido às características de carga das partículas suspensas, muitas
estações de tratamento utilizam substâncias que contêm ferro ou alumínio como agentes
coagulantes para dissipar as cargas negativas das partículas suspensas na água, permitido que
se aglomerem e precipitem da suspensão. Entretanto uma quantidade destes metais permanece
solúvel na água e assim é incorporada na corrente.
Byrne (1995) ressalta que o alumínio e o ferro possuem muitas semelhanças em suas
tendências para reagir. Assim como o ferro, o alumínio se combina com oxigênio para formar
um óxido insolúvel. Ambos os metais são capazes de complexar com colóides orgânicos
carregados negativamente, precipitando prontamente quando silicatos estão presentes
Caraterísticas de valência e tamanho fazem do alumínio um íon metálico com alta densidade
de carga, o que o torna muito reativo.
Após a floculação das partículas são utilizados os processos de decantação ou flotação
que são processos dinâmicos de separação de partículas sólidas suspensas na água.
As partículas que não foram retidas pela decantação devem ser removidas por
filtração. A filtração é definida como a passagem de um fluido através de um meio poroso
para remover matéria em suspensão. Na purificação de água, a matéria a ser removida inclui
sólidos suspensos, colóides e microrganismos, incluindo algas, vírus e bactérias.
Após a filtração vem a etapa de desinfeção da água. A desinfeção tem por finalidade a
destruição de microrganismos patogênicos presentes na água. O método de desinfeção mais
2.4 PRÉ-TRATAMENTO DA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO DA OI 24
utilizado pelas estações de tratamento de água é a cloração. O cloro penetra na parede celular
dos microrganismos, destruindo ou inativando as enzimas da célula.
Com exceção de algumas novas membranas de polissulfona, que são utilizadas em
limitadas aplicações, pelos trabalhos de Khedr (2002) e Lo et al. (2005) pode-se constatar que
todas as membranas de OI são suscetíveis à degradação por agentes oxidantes, especialmente
por cloro livre. Membranas de AC são mais resistentes ao contato com agentes oxidantes que
as membranas de PA que são mais facilmente oxidadas. Já que as membranas poliméricas em
geral sofrem oxidação em contato com cloro livre este deve ser removido da corrente de
alimentação de sistemas de OI. Os dois métodos mais utilizados para remover cloro livre de
correntes de águas são: passagem da corrente por leitos de carvão ativado, e a adição de
agentes redutores, tais como bissulfito e metabissulfito de sódio.
Segundo Bradley (1992), o bissulfito de sódio reage com o cloro através da reação:
HClNaHSOOHClNaHSO 2
4223
+®++ (2.4)
Esta reação se dá em poucos segundos, tanto que o bissulfito de sódio é adicionado na
água de alimentação antes dos filtros cartucho que são a etapa final antes do sistema de OI.
Segundo White (1972) para uma reação completa, é necessário adicionar, pelo menos, duas
vezes a quantidade estequiométrica.
No processo de descloração que usa filtro de leito granular de carvão, cloro reage com
carbono inorgânico da mesma maneira como reage com carbono orgânico. O cloro é
absorvido no leito de carvão ativado e reage com o carbono e a água para formar dióxido de
carbono e ácido clorídrico. A reação é rápida, e pode ser expressa como:
222
422 COHClOHClC +®++ (2.5)
Várias outras alternativas podem ser utilizadas como agentes de descloração, entre
elas: peróxido de hidrogênio, amônia, tiosulfato de sódio, sulfito de sódio e metabisulfito de
sódio. Novos agentes de descloração ainda vêm sendo estudos por Bedner, MacCrehan e Helz
(2004) e MacCrehan, Bedner e Helz (2005), entre eles destaca-se o ferro metálico que
demostra ser o agente mais efetivo entre todas alternativas conhecidas. A desvantagem no uso
2.4 PRÉ-TRATAMENTO DA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO DA OI 25
do ferro como agente de descloração, segundo Özdemir, e Tüfekci (1997), é que este método
produz suspensões de hidróxido de ferro e um odor de terra na água.
2.4.4 Uso de Desinfetantes no Pré-Tratamento
Como visto anteriormente, o biofouling é um dos maiores responsáveis pela perda de
desempenho dos sistemas de OI. A prevenção do desenvolvimento biológico é o método mais
efetivo no controle do biofouling.
O controle biológico pode ser realizado através da desinfeção do sistema de OI e
principalmente da sua corrente de alimentação. A eficiência da desinfeção depende do tipo e
do nível de bioatividade no sistema, do tipo e concentração do desinfetante utilizado, do
tempo de contato do desinfetante com a água, do pH da água, da concentração de compostos
orgânicos e da concentração de compostos inorgânicos oxidáveis, como ferro e manganês
(S
AAD, 1992).
Tanaka et al. (1994) ressaltam que uma das mais importantes considerações para
avaliar os desinfetantes é o balanço entre a eficiência como biocida e a capacidade de
formação de subprodutos. O cloro tem o maior poder para gerar subprodutos indesejáveis.
Ainda segundo Saad (1992), em sistemas de OI, o ideal é a morte de 99,9% dos
microorganismos para que não ocorra recontaminação após o ponto de descloração. Isto nem
sempre é atingido pois, nos projetos convencionais de sistemas de OI, este ponto de
descloração está localizado antes dos filtros de cartuchos. Na superfície destes filtros, a
velocidade da corrente de água é mais baixa, oferecendo um ambiente favorável à fixação e
ao desenvolvimento dos microorganismos sobreviventes da desinfeção.
Os métodos normalmente utilizados na desinfecção são a radiação ultravioleta,
ozonização ou adição de agentes oxidantes tais como cloro, dióxido de cloro, peróxido de
hidrogênio, cloraminas, entre outros.
O ozônio e a radiação ultravioleta apresentam um custo elevado e dificuldade de
monitoramento nas dosagens, além de não deixarem um efeito residual para garantia de
desinfecção nas redes de distribuição de água.
2.4 PRÉ-TRATAMENTO DA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO DA OI 26
A cloração é a alternativa mais utilizada nos processos convencionais de tratamento de
água; entretanto, cloro aquoso apresenta um efeito prejudicial sobre membranas de PA,
comumente utilizadas nos processos de OI. Esta membrana é sensível ao cloro e necessita de
pré-tratamento, como filtros de carvão ativado e adição de bissulfito, para a remoção do cloro
livre remanescente na corrente de alimentação.
Adams (1990) e Saad (1992), citam o dióxido de cloro como uma alternativa
promissora na substituição do cloro, pois é um biocida eficiente e tem um efeito menos
agressivo sobre as estruturas poliméricas das membranas.
Recentemente cloraminas têm sido estudadas como desinfetantes, mas seu efeito sobre
as membranas ainda não é conhecido. As restrições ao seu uso são o seu menor poder de
desinfeção e as condições que dificultam o processo de formação das cloraminas.
Butterfield (1948), Brodtmann, Russo, J. e Russo P. (1979), citados no trabalho da
USEPA (1994), afirmam que cloraminas inorgânicas são menos eficazes como agentes
desinfetantes que o cloro, mas são capazes de reduzir a população total das bactérias a um
nível aceitável. Tanaka et al. (1994) ainda afirmam que nenhum subproduto halogenado é
formado no processo de desinfecção com cloraminas.
Outro fator que deve ser considerado é a atividade biocida após a desinfecção para
garantir a qualidade da água nas redes de distribuição. Cloraminas, cloro e dióxido de cloro
apresentam um bom efeito residual sendo que ozônio e radiação ultravioleta não apresentam
efeito residual. Outra vantagem do cloro, cloraminas e dióxido de cloro é a facilidade de
permeação através da membrana devido a sua baixa massa molar.
Pode-se dizer que a determinação do desinfetante ideal só é possível quando testado
em condições operacionais de uso, tais como, temperatura, pH e variações das características
da água de alimentação do sistema de OI.
2.5 EFEITOS OXIDATIVOS SOBRE AS MEMBRANAS DE PA 27
2.5 Efeitos Oxidativos sobre as Membranas de PA
Diversos modelos moleculares e estudos do polímero têm sido realizados para
fornecer idéias sobre os possíveis mecanismos químicos que causam a degradação da camada
de PA da membrana incluindo a cloração do anel aromático e do grupo amida.
Glater, Hong e Elimelech (1994) sugerem que a halogenação da PA pode ocorrer
segundo dois mecanismos. No primeiro ocorre o ataque direto ao anel aromático. O segundo
mecanismo, chamado de Rearranjo de Orton, envolve primeiramente a cloração do nitrogênio
da amida, seguido do ataque do anel, conforme indicado na
Figura 2.3. Iborra et al. (1996)
afirmam que, segundo o mecanismo de Rearranjo de Orton, o nitrogênio da amida é
vulnerável ao ataque de cloro devido a um efeito eletrónico do grupo carbonila.
Entretanto, segundo Soice et al. (2000a) e Soice et al. (2000b), citados por Gabelich et
al. (2002), nenhuma divisão da ligação da amida acontece, mas outra cloração de N-H ou
cloração do anel aromático está acontecendo, resultando em mudanças de morfologia na
superfície da membrana. Soice et al. (2000a) e Soice et al. (2000b) constataram que mesmo
em exposição excepcionalmente altas de cloro (maior que l00.000ppmh), em pH 7, nenhuma
quebra de ligação amida foi observada.
Singh (1994) observou que o anel aromático ligado a uma amida é sensível ao ataque
do cloro devido à uma região rica em elétrons. O autor acredita que a halogenação da PA
provoca mudanças no tipo de pontes de hidrogênio, passando de intermolecular para
intramolecular. Isto resulta em deformação nas cadeias e alteração no deslocamento médio
das cadeias dentro da estrutura da membrana. O dano na membrana de PA pode ser severo,
resultando em aumento da permeabilidade e decréscimo da seletividade ou retenção.
2.5 EFEITOS OXIDATIVOS SOBRE AS MEMBRANAS DE PA 28
Figura 2.3: Representação Esquemática do Rearranjo de Orton.
Light, Chu e Tran (1987) realizaram testes dinâmicos para avaliar a resistência de uma
membrana de PA ao ataque do cloro livre. Foram monitoradas mudanças na retenção como
um indicador de danos na camada seletiva da membrana. Os autores mantiveram a
concentração de 5 a 15ppm de hipoclorito de sódio, na solução de alimentação do sistema de
OI, através de adição de solução concentrada. Os resultados dos experimentos indicaram que
após 1000ppm.h iniciou um período pronunciado de queda da retenção salina da membrana.
Segundo Avlonitis, Hanbury e Hodgkiess (1992), em pH 9 e baixas concentrações de
cloro livre, houve um aumento da massa molar do polímero, o que sugere etapas
intermediárias da degradação da membrana. Os autores acreditam que o mecanismo de
degradação ocorra em duas etapas. Primeiramente o cloro transforma as regiões cristalinas do
polímero em regiões amorfas, sendo que nesta etapa o desempenho de separação não é
influenciado. Numa segunda etapa o cloro ataca as regiões amorfas resultando numa maior
passagem de sal.
Apesar de não ser bem definido o mecanismo de degradação das membranas de PA
pelo cloro livre, observa-se que a exposição da membrana ao cloro provoca um aumento do
fluxo permeado e diminuição da retenção salina (G
LATER, HONG e ELIMELECH, 1994; LIGHT,
C
HU e TRAN, 1987; SILVA, 2001). Estas alterações no fluxo permeado e na retenção salina
também são observadas quando dióxido de cloro é utilizado como agente desinfetante.
2.5 EFEITOS OXIDATIVOS SOBRE AS MEMBRANAS DE PA 29
Glater et al. (1983) verificaram que o dióxido de cloro não promove halogenação da
cadeia da PA. O autor cita que a PA pode ser atacada pelo dióxido de cloro em pH 8,6, mas o
mecanismo de ataque é diferente do ocorrido com o cloro livre, pois, neste caso, não ocorre
halogenação.
Adams (1990) estudou o efeito do dióxido de cloro sobre membranas de PA em
experimentos de longa duração (entre 150 a 200 dias) com baixas concentrações de oxidante
(entre 1 a 10ppm). Os resultados demostraram que o efeito inicial de exposição ao oxidante
provoca um aumento na retenção salina até se atingir um valor máximo. Em seguida, a ação
do oxidante provoca uma queda da retenção salina, indicando a progressiva degradação da
membrana de PA. Bettiol (2004) também estudou efeito do dióxido de cloro em membranas
de PA, entretanto utilizou concentrações mais elevadas. Em seus estudos foram observados
resultados semelhantes aos encontrados por Adams (1990). Adams (1990) e Bettiol (2004)
também concluíram que a degradação da membrana promovida pelo dióxido de cloro é menor
que a verificada com cloro livre.
A aparente melhora da retenção salina causada na etapa inicial de exposição do
dióxido de cloro sugere que a degradação da membrana ocorra em duas etapas, reforçando as
idéias propostas por Avlonitis, Hanbury e Hodgkiess (1992) sobre o mecanismo de
degradação da membrana de PA. Glater, Hong e Elimelech (1994) complementam esta teoria,
explicando que esta primeira etapa da degradação, promove apenas uma deformação das
cadeias poliméricas, que pode não resultar em alterações no desempenho da membrana, ao
contrário da segunda etapa, onde ocorre a despolimerização devido à quebra das pontes de
amida.
No presente estudo, cloro está presente na forma de cloraminas que, segundo Soice et
al. (2000a) e Soice et al. (2000b), não são oxidantes tão fortes como cloro aquoso e têm-se
mostrado compatíveis com membranas de PA em outras aplicações.
Redondo e Lomax (2001) afirmam que a membrana de PA TF30 da FILMTEC tem
uma baixa tolerância ao cloro, podendo ocorrer uma degradação após 1000ppm.h (1mg.L
-1
de
cloro por um período de 200 a 1000 horas). Mas a tolerância da membrana às cloraminas é
muito superior ao cloro (300.000ppm.h) não necessitando de um processo de descloração.
Entretanto, como as cloraminas são formadas a partir da adição de cloreto de amônio à
2.5 EFEITOS OXIDATIVOS SOBRE AS MEMBRANAS DE PA 30
soluções de cloro aquoso é possível que cloro livre esteja presente, assim a descloração deve
ser considerada.
Vargas (2003) expôs membranas de PA às soluções de monocloraminas e verificou
que os níveis de degradação apresentados foram menores do que os obtidos quando a
membrana foi exposta ao cloro livre em uma concentração equivalente.
Byrne (1995) e Henley (1996) relatam a habilidade de metais de transição, como o
ferro, o manganês, o cobre e o zinco, de mudar seus estados de valência catalisando e
aumentando o potencial de oxidação de agentes oxidantes sobre a superfície de membranas de
OI, especialmente as de PA. Quando estes metais e o oxidante estão presentes ao mesmo
tempo sobre a superfície da membrana, elétrons são mais agressivamente retirados da
estrutura da membrana. Devido à maior ocorrência em fontes de captação de águas, bem
como nos materiais de tubulações e equipamentos, a presença de ferro é comum na corrente
de água de alimentação de sistemas de OI. Portanto, a ação catalítica do íon ferro na oxidação
de membranas tem sido um assunto digno de atenção.
Gabelich et al. (2002) estudaram o efeito de resíduos de coagulação de cloreto férrico
e sulfato de alumínio sobre a performance da membrana. Em teste utilizando cloreto férrico e
cloraminas, os dados de fluxo específicos aumentaram com o passar do tempo e a retenção
salina diminui, o que sugere uma degradação da membrana e um possível efeito catalítico do
ferro. Análises demostraram que nenhum cloro livre estava presente. Este resultado mostrou-
se duvidoso em testes complementares, com a utilização de cloreto férrico na ausência de
cloraminas, onde também foram observados aumento de fluxo e diminuição da retenção
salina.
Silva (2001) estudou o efeito catalítico do ferro e do alumínio na oxidação de
membranas de PA expostas ao cloro na concentração de 500ppm. O aumento no fluxo
permeado e redução na retenção salina demostraram uma agressiva degradação da membrana.
Também concluiu que um aumento da concentração dos metais em solução causa um
aumento na degradação da membrana pelo cloro. A concentração máximo de metais utilizada
foi de 0,26ppm.
2.6 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DAS CLORAMINAS 31
Muitos autores utilizam a variável combinada concentração x tempo (ppm.h) para
avaliar os resultados causados pelos oxidantes, entretanto Adams (1990) estudou o efeito de
soluções de dióxido de cloro, na concentrações de 1, 5 e 10ppm, sobre membranas planas em
um sistema de OI de bancada e concluiu que não é correto avaliar os resultados em temos da
variável combinada (ppm.h), pois esta relação não é diretamente proporcional à oxidação
provocada por exposições em baixas concentrações durante longos períodos.
2.6 Propriedades Físicas e Químicas das Cloraminas
Leung e Valentine (1994) afirmam que o uso de cloraminas é a alternativa mais barata
entre os mais importantes desinfetantes de água potável, incluindo dióxido de cloro e ozônio,
especialmente pela facilidade de uso em tratamentos de água em grandes escalas. Outra
vantagem, quando comparado com o cloro, é que a baixa reatividade das cloraminas permite
que o desinfetante fique nos sistemas de distribuição de água por um período de tempo mais
longo, tornando as cloraminas um desinfetante secundário muito favorável.
Segundo Vikesland, Ozekin e Valentine (2001) cloraminas incluem monocloraminas,
dicloraminas e tricloraminas. Entretanto, a monocloramina é a espécie predominante em
condições típicas de tratamento de água potável.
Gash (2002) afirma que o poder desinfetante das monocloraminas é melhor que o das
dicloraminas, tricloraminas e cloraminas orgânicas, mas apresentam um poder desinfetante
inferior ao do ozônio, do dióxido de cloro e do cloro livre.
Butterfield (1948), Brodtmann, Russo, J. e Russo, P. (1979), citados no trabalho da
USEPA (1994), afirmam que as cloraminas inorgânicas apresentam um poder desinfetante 25
vezes menor que cloro livre para obter 100% da morte dos microorganismos, em um mesmo
período. Os mesmos autores também concluem que dosagens entre 1,5 e 1,8mg.L
-1
são
suficientes para matar 100% das espécies patogênicas de bactérias e reduzir a população total
de bactérias para limites aceitáveis.
Johnson et al. (2002) sugerem a preparação de soluções de cloraminas adicionando
NaOCl em uma solução contendo NH
4
Cl sobre vigorosa agitação. As monocloraminas são
formadas obedecendo a reação da
Equação 2.6.
2.6 PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DAS CLORAMINAS 32
OHClNH NH OCl
224
-
+®+
+
(2.6)
As monocloraminas em presença de excesso de hipoclorito podem sofrer uma série de
reações de acordo com o demonstrado no esquema da
Figura 2.4. Por outro lado, a adição de
um excesso de cloreto de amônio é necessária para minimizar a concentração de hipoclorito e,
por conseqüência, a formação de dicloraminas, tricloraminas e gás nitrogênio.
NH
4
+
NH
2
Cl NHCl
2
NH
2
OH NOH N
2
NH
2
Cl
N
2
NHCl
2
NO
2
-
NO
3
-
NCl
3
OH
-
OCl
-
OCl
-
OCl
-
OCl
-
Figura 2.4: Representação Esquemática de Reações de Cloraminas.
Jafvert and Valentine (1992), citados por Vikesland, Ozekin e Valentine (2001),
afirmam que as cloraminas são inerentemente instáveis em pH neutro, até mesmo sem a
presença de substâncias orgânicas ou inorgânicas, e decompõem-se espontaneamente por um
complexo conjunto de reações que resultam, no final, na oxidação da amônia e na redução do
cloro ativo.
Segundo o documento da USEPA (1994), a distribuição de mono-, di- e tricloraminas
é dependente do pH, temperatura e da razão entre as concentrações de amônia e de hipoclorito
de sódio.
Hand e Margerum (1983) concluem que a decomposição da dicloramina é cerca de 5
ordens de magnitude mais lenta em soluções neutras que contenham o íon amônio, pois o íon
hipoclorito reage mais rapidamente com amônia e também porque o íon hipoclorito não está
disponível para produzir dicloramina.
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO DE CLORAMINAS 33
Weil e Morris (1949) concluíram em seus estudos que a taxa de formação de
monocloraminas é grande entre os pH 6,5 e 10 e difícil de ser determinada. Em pH 8,5 a taxa
de formação apresenta um máximo.
Gray, Margerum e Huffman (1979) ainda afirmam que monocloraminas são as únicas
cloraminas formadas quando o pH for maior que 8 e a razão molar de hipoclorito e amônia for
menor que 1. Quando a razão molar entre hipoclorito e amônia for maior que 1 e em pHs
baixos, dicloraminas e tricloraminas são formados. Em pH menor que 5,5 monocloraminas
são lentamente convertidas em dicloraminas.
A NRC (1979), citada no documento da USEPA (1994), apresenta ainda a distribuição
de mono- e dicloraminas com a variação de pH, em diferentes temperaturas, para
concentrações eqüimolares de amônia e cloro adicionadas para sua formação. Conforme é
exposto na
Tabela 2.2 há uma conversão de 100% em monocloraminas para pHs superiores a
8.
Tabela 2.2: Distribuição dos Diferentes Tipos de Cloraminas com a Variação de pH,
segundo NRC (1979).
Proporção (%) a 0
o
C Proporção (%) a 10
o
C Proporção (%) a 25
o
C
pH
NH
2
Cl NHCl
2
NH
2
Cl NHCl
2
NH
2
Cl NHCl
2
4 0 100 0 100 0 100
5 346620801387
6 772367335743
79468198812
8991982973
9 100 0 100 0 100 0
2.7 Métodos Analíticos de Determinação de Cloraminas
Vários métodos analíticos de determinação de cloraminas são citados por Apha,
Awwa e Wef (1998), entre eles a titulação amperométrica, método DPD titulométrico e
colorimétrico. Entretanto, neste trabalho, a disponibilidade de equipamentos permite apenas a
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO 34
utilização do método DPD e a determinação da absorbância dos componentes por UV
(método UV).
2.7.1 Determinação de Cloraminas pelo Método DPD
O método DPD colorimétrico, segundo a metodologia 4500-Cl F do Standard Method
20th (A
PHA; AWWA e WEF, 1998), consiste na determinação dos componentes em questão
através do auxílio de um indicador, o DPD, que é adicionado na amostra. O indicador é
oxidado inicialmente pelo hipoclorito, produzindo um pico de absorbância, na região do
visível, no comprimento de onda 515nm. Em seguida, pequenas quantidades de iodo
adicionadas catalisam a oxidação do indicador pela monocloramina e grandes quantidades de
iodo catalisam a oxidação do indicador pela dicloramina. Apesar da técnica ser simples, o
método DPD apresenta uma série de erros experimentais que comprometem a
reprodutibilidade dos resultados, entre eles pode-se citar:
· a determinação de concentração do método é restrito à faixa de concentração entre
0,1 a 4ppm, o que implica na realização de várias diluições das amostras para
enquadrá-las dentro da faixa de análise;
· a determinação dos componentes segue uma ordem: cloro livre, monocloraminas,
dicloraminas. Entretanto, os componentes começam a reagir com o indicador antes
do tempo, assim a determinação de cloro livre é comprometida pela presença das
monocloraminas, que começam a reagir antes da adição de iodo. Pelo mesmo
motivo a determinação da monocloramina é comprometida pela presença da
dicloramina;
· devido à impossibilidade de produzir um padrão de cloro, já que este evapora
facilmente, utiliza-se como padrão o permanganato de potássio. Como as soluções
são preparadas em laboratório estão sujeitas a erros de padronização;
· as amostras analisadas em geral são voláteis, logo o tempo de análise é um fator
importantíssimo. Muitos pesquisadores dispõem de equipamentos que permitem
uma mistura automática dos reagentes proporcionando leituras com maior
precisão.
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO 35
Moore, Garmendia e Cooper (1984) também confirmam esta interferência da
monocloramina na determinação do cloro livre relacionando uma porcentagem de
interferência por minuto em diferentes temperaturas, e ainda citam investigações de outros
autores.
2.7.2 Determinação das Cloraminas pelo Método UV
A determinação da absorbância das cloraminas é mencionada por muitos autores, entre
eles Johnson et al. (2002), Delalu, et al. (2001), Leung e Valentine (1994), Valentine, Brandt
e Jafvert (1986), Hand e Margerum (1983). Os componentes de interesse são as
monocloraminas, dicloraminas e o íon hipoclorito.
O método merece principal destaque pela simplicidade de análise, pois não requer
reagentes auxiliares, e pela reprodutibilidade de resultados, quando as amostras são
corretamente armazenadas.
Segundo Valentine, Brandt e Jafvert (1986), as monocloraminas e dicloraminas
apresentam um espectro na região do ultravioleta como é apresentado na
Figura 2.5. O pico
de absorbância da monocloramina está no comprimento de onda de 245nm.
Nas condições experimentais que se deseja trabalhar, pode ocorrer simultaneamente a
presença de monocloraminas e dicloraminas na solução. Quando é realizada uma leitura do
espectro de uma mistura de cloraminas tem-se como resultado a soma dos espectros
individuais de cada componente, já que eles absorvem na mesma região. Assim, conhecendo-
se a absortividade molar de cada componente em determinados comprimentos de onda pode-
se montar um sistema de equações para determinar a concentração de cada um.
Um comprimento de onda em especial utilizado para a determinação de cloraminas, e
outras misturas de substâncias, é denominado ponto isosbéstico. Este termo é normalmente
utilizado com referência a um conjunto de espectros de absorção, derivados de um conjunto
de espécies químicas, plotados em um mesmo gráfico, no qual a soma das concentrações dos
componentes é constante. Assim, o ponto isosbéstico corresponde ao comprimento de onda
que apresenta uma absorbância constante, quando variadas as concentrações dos componentes
químicos, de forma que a soma das concentrações permaneça constante.
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO 36
Figura 2.5: Espectros das Cloraminas na Região do Ultravioleta, segundo Valentine,
Brandt e Jafvert (1986).
Para melhor elucidar este ponto isosbéstico, utiliza-se como exemplo a reação
reversível genérica representada pela
Equação 2.7. Assim, se inicialmente tem-se 10 moles
de M e a concentração no equilíbrio for 7 moles de M e 3 moles de D, onde a soma de moles
no equilíbrio é de 10 moles, a absorbância na condição inicial e no equilíbrio será a mesma no
ponto isosbéstico.
D M « (2.7)
Pode-se entender melhor este ponto isosbéstico observando a Figura 2.6, apresentada
por Hand e Margerum (1983), sobre decomposição da dicloramina em tricloramina. Cada
curva desta figura corresponde ao espectro em um determinado tempo do experimento, desde
a solução pura em dicloramina, curva “a”, até a conversão quase completa de dicloramina em
tricloramina, curva “n”. Os comprimentos de onda onde todas as curvas se interceptam
representam os pontos isosbésticos da mistura dicloramina e tricloramina.
Segundo Valentine, Brandt e Jafvert (1986) os pontos isosbésticos entre
monocloramina e dicloramina estão nos comprimentos de onda 231nm e 278nm.
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO 37
Figura 2.6: Espectros de Decomposição de Dicloramina em Tricloramina, segundo Hand
e Margerum (1983).
Na Tabela: 2.3 são apresentadas as absortividades molares dos componentes no pico
de absorção da monocloramina, 245nm, e no ponto isosbéstico, 231nm. Também é
apresentada a absortividade molar do íon hipoclorito no pico de absorção, 293nm.
Tabela: 2.3: Absortividade Molar do Íon Hipoclorito, da Monocloramina e da
Dicloramina.
Absortividade Molar (mol
-1
.L.cm
-1
)
Comprimento de Onda (nm)
OCl
-
NH
2
Cl NHCl
2
245 - 445 208
231 - 320 591
293 350 27 276
2.7.2.1 Formação de um Produto Não-Identificado
Leung e Valentine (1994), Valentine, Brandt e Jafvert (1986) estudaram a formação de
um produto não-identificado que, em condições especiais, prejudica a determinação das
2.7 MÉTODOS ANALÍTICOS DE DETERMINAÇÃO 38
cloraminas, já que este produto apresenta uma absorbância na mesma região que as
cloraminas.
Segundo Leung e Valentine (1994) a existência deste produto não-identificado foi
primeiramente noticiada por Leao (1981) durante determinação de espécies cloro-
combinadas. Hand e Margerum (1983) também detectaram um composto, que não estava
presente nas soluções de partida, em seus estudos de decomposição de dicloraminas em
presença de amônia em pHs baixos.
Leung e Valentine (1994) afirmam que o produto não-identificado pode ser produzido
pela lenta decomposição da monocloramina, e pela exaustiva decomposição da dicloramina
causada por repetidas oscilações de pH entre 3 e 10. Ainda afirmam que o produto não-
identificado contem nitrogênio e cloro e, apesar de sua concentração ser relativamente baixa,
apresenta uma absortividade molar aproximada de 5000M
-1
.cm
-1
.
Valentine, Brandt e Jafvert (1986) concluem que a formação do produto não-
identificado na decomposição da monocloramina cresce com o decréscimo do pH. Entretanto,
como já foi demonstrado, para garantia da formação exclusiva de monocloramina é necessário
um pH alto (maior que 8).
Embora a presença deste produto desconhecido seja inevitável, em soluções
relativamente novas este interferente pode ser considerado insignificante. Nos estudos de
Leung e Valentine (1994), foram utilizadas soluções de monocloraminas preparadas a 2
semanas ou mais para identificação do produto não-identificado. Valentine, Brandt e Jafvert
(1986) garantem em seus resultados, em medidas comparadas com o método DPD, uma
grande precisão até um período de 50 horas.
Valentine, Brandt e Jafvert (1986) ainda concluem que a utilização do tampão de
fosfato, mas soluções de cloraminas, pode catalisar a formação de dicloraminas que atuam
como intermediário na formação do produto não-identificado. Já Leung e Valentine (1994)
concluem que a formação do produto não-identificado parece não ser afetada pelo tampão de
fosfato, mas parece ser inibida pela concentração de amônia.
Capítulo 3
Materiais e Métodos
Neste capítulo serão apresentados os reagentes químicos e equipamentos utilizados,
como também serão descritos os métodos analíticos e a metodologia para a realização dos
experimentos.
3.1 Reagentes Químicos
Para a preparação de soluções em laboratório foi utilizada água destilada com pH
próximo ao neutro e condutividade elétrica aproximada de 10mS.cm
-1
.
· Solução de Hidróxido de Sódio
Hidróxido de sódio com pureza analítica, da SYNTH, foi utilizado para a preparação de
uma solução na concentração de 2mol.L
-1
para ser empregado na correção de pH das soluções
de cloraminas. Também foi empregado, este reagente, na preparação das soluções de limpeza.
· Soluções de Monocloraminas
No preparo das soluções de monocloraminas foram utilizados hipoclorito de sódio
fornecido, numa concentração volumétrica entre 10 e 12%, pela LABORPEQ e cloreto de
amônio com pureza analítica, da NUCLEAR. A reação de formação de monocloraminas está
apresentada na Equação 3.1.
3.1 REAGENTES QUÍMICOS 40
OHClNH NH OCl
224
-
+®+
+
(3.1)
A concentração da solução de hipoclorito de sódio foi avaliada, antes do início da
preparação, através do método UV, utilizando o comprimento de onda de 293nm. A razão
molar de cloreto de amônio e hipoclorito de sódio deve ser maior do que 1 para garantir o
consumo de todo cloro livre e a formação preferencial de monocloramina. Também o pH foi
controlado de forma a permanecer com um valor superior a 8 e, quando necessário, ajustado
com solução de hidróxido de sódio.
Soluções tampão e soluções de bissulfito de sódio são normalmente utilizadas em
soluções de monocloraminas, respectivamente com a finalidade de manter o pH constante e
consumir o cloro livre residual. Entretanto, para diminuir a quantidade de espécies químicas,
estas soluções não foram utilizadas, já que o complexo conjunto de reações de decomposição
das cloraminas pode ser influenciado e confundir a interpretação dos resultados.
Na preparação das soluções de monocloraminas contendo os metais ferro ou alumínio,
para atuarem como catalisadores da reação de degradação das membranas, foram utilizados
cloreto férrico hexahidratado com pureza analítica, da NUCLEAR, ou sulfato de alumínio
comercial, fornecido pela LABORPEQ.
Uma metodologia para o preparo de soluções estáveis de monocloramina e isentas de
cloro é um dos objetivos deste trabalho e será discutida com mais detalhes posteriormente.
· Soluções de Bissulfito de Sódio
Para preservação das membranas foram preparadas soluções de bissulfito de sódio na
concentração de 10g.L
-1
utilizando-se o reagente comercial, fornecido pela SYNTH.
· Soluções de Limpeza
Soluções ácidas, utilizadas na limpeza das membranas, foram preparadas com ácido
cítrico comercial, fornecido pela LABORPEQ, numa concentração suficiente para alcançar um
pH próximo de 4. Para a limpeza alcalina, soluções de hidróxido de sódio foram preparadas
numa concentração suficiente para alcançar um pH próximo a 10.
3.2 MEMBRANAS 41
3.2 Membranas
Nos experimentos realizados na unidade de OI foram utilizadas membranas compostas
de PA suportadas em polissulfona. As membranas foram retiradas de módulos em espiral
comerciais, novos, fabricados pela TRISEP ou pela HIDRANAUTICS. A membrana da TRISEP é
do modelo ACM1-TSA, denominada ACM, e a da HIDRANAUTICS é do modelo CPA3,
denominada CPA.
Todas as membranas foram preservadas em solução de bissulfito de sódio a 1% sob
refrigeração, com o objetivo de evitar a proliferação de microrganismos.
Para realização dos experimentos foram consideradas algumas características das
membranas; as fornecidas pelos fabricantes estão apresentadas na Tabela 3.1. Dados
complementares das membranas são apresentados no Anexo A.
Tabela 3.1: Características Operacionais das Membranas.
CARACTERÍSTICAS ACM CPA
Pressão Máxima (psi) 600 600
Temperatura Máxima (
o
C) 45 45
Faixa de pH 3 – 10 40 – 11
Tolerância ao Cloro (ppm) < 0,1 < 0,1
Retenção Típica de NaCl (%) 99,6 99,5
3.3 Equipamento
Os experimentos de exposição das membranas de PA à soluções concentradas de
cloraminas foram realizados em uma unidade de OI de bancada localizada no Laboratório de
Separação por Membranas da UFRGS. A fotografia desta unidade está apresentada na Figura
3.1 e a sua representação esquemática na Figura 3.2.
3.3 EQUIPAMENTO 42
Figura 3.1: Unidade de OI de Bancada.
Figura 3.2: Esquema da Unidade de OI de Bancada.
3.3 EQUIPAMENTO 43
A unidade de OI de bancada é composta pelos seguintes elementos, conforme Figura
3.2:
· banho termostático (1), modelo MQBTC 99-20 da MICROQUÍMICA, com
reservatório de 10L, controle analógico de temperatura com precisão de 2ºC.
Opera na faixa de temperatura de 5 a 100ºC;
· tanque de alimentação de vidro (2), encamisado, com capacidade de 4 litros;
· bomba de engrenagens (3), fabricada pela PROCON, construída em aço inoxidável e
grafite; com pressão máxima de operação de 17,23bar e vazão máxima de
7,89x10
-3
m
3
.s
-1
;
· filtro de cartucho (4), fabricado pela CUNO, constituído de uma carcaça de aço
inoxidável e elemento filtrante de polipropileno de 1mm de tamanho de poro;
· módulo de OI para membranas planas (5), fabricado em aço inoxidável;
· válvulas tipo esfera, (V1), (V2) e (V3) fabricadas pela VALSUL, e tipo agulha, (V4)
e (V5) série 400 da TRIUNION, de ½ polegada construídas em aço inoxidável 316;
· manômetros (M1) e (M2) de aço inoxidável marca VITEC. Possuem escala de 0 a
20kgf.cm
-2
, com graduação de 0,5kgf.cm
-2
e precisão de 1% de fundo de escala;
· termopar do tipo J (T1) que envia um sinal para um indicador de temperatura
modelo N480-1 da NOVUS, com graduação decimal em graus Celcius. Este
conjunto foi calibrado e apresenta um erro máximo de 0,5
o
C na faixa de 20 a 30
o
C;
O módulo de OI para membranas planas, representado na Figura 3.3, é composto de
duas partes. Na parte superior, a corrente de alimentação é distribuída uniformemente, pela
canaleta de alimentação, sobre uma área permeável de 59,89cm
2
. O fluido que não permeou
através da membrana é recolhido na canaleta de concentrado. Na parte inferior, a membrana é
suportada por uma placa de aço inoxidável perfurada e recoberta por uma fina malha plástica
3.3 EQUIPAMENTO 44
por onde escoa o permeado até o orifício de saída. Dois anéis de vedação são responsáveis
pela vedação entre as partes superior e inferior do módulo.
Figura 3.3: Desenho Esquemático do Módulo de OI.
A solução do tanque de alimentação (2) tem a temperatura controlada, pelo banho
termostático (1), através da troca térmica pela camisa. Esta solução alimenta o sistema pela
ação da bomba (3). As válvulas (V1), (V2) e (V3) permitem a opção do uso do filtro de
cartuchos (4), que tem a função de proteger a membrana de eventuais sólidos suspensos
presentes na alimentação. A válvula (V5), juntamente com a válvula (V4), são responsáveis
pela regulagem da vazão e da pressão de alimentação do sistema. Através dos manômetros
(M1) e (M2), são medidas as pressões de entrada e saída do módulo (5). O concentrado
retorna para o tanque de alimentação e o permeado é recolhido na parte inferior do módulo.
3.4 Métodos Analíticos
As características das amostras analisadas nos experimentos foram realizados
conforme descrito nos procedimentos a seguir.
3.3 EQUIPAMENTO 45
3.4.1 Análise de Concentração de Cloraminas – Métodos UV e DPD
A análise de cloraminas foi realizada utilizando os métodos UV e DPD colorimétrico,
já discutidos no Capítulo 2. Para a seleção de um método simples e confiável, inicialmente
utilizaram-se os dois métodos e compararam-se os resultados. Posteriormente utilizou-se o
método UV no estudo de soluções de monocloraminas e no acompanhamento dos
experimentos com membranas.
O método UV consiste na determinação da concentração de monocloraminas através
de medidas de absorbâncias. As soluções de cloraminas foram preparadas de modo a produzir
uma maior quantidade de monocloraminas, mas pequenas quantidades de dicloraminas podem
ter sido formadas na preparação ou na decomposição da monocloramina. Assim foi necessário
a utilização de dois pontos de medidas de absorbância a fim de se determinar as quantidades
de mono- e dicloraminas. Os pontos utilizados foram o pico de absorbância da
monocloramina em 245nm e um dos pontos isosbésticos da mono- e dicloraminas em 231nm.
Assim, conhecendo-se as absortividades molares dos componentes, nos respectivos
comprimentos de onda, foi possível montar o sistema de Equações 3.2 onde as únicas
incógnitas são as concentrações da mono- e dicloraminas.
ï
î
ï
í
ì
e+e=
e+e=
ddmm
ddmm
CCA
CCA
..
..
231231231
245245245
(3.2)
onde:
A = absorbância;
e = absortividade molar (mol
-1
.L.cm
-1
);
C= concentração molar (mol.L
-1
);
m
= monocloramina;
d
= dicloramina.
3.3 EQUIPAMENTO 46
Um importante cuidado que se deve ter neste método é a utilização de amostras
relativamente novas (tempo menor que 50 horas) para evitar a interferência da análise pelo
produto não-identificado já referido no Capítulo 2 item 2.7.2.1.
No método DPD colorimétrico, as análises para determinação da concentração de
cloraminas foram realizadas segundo o Standard Methods 20
th
(Apha, Awwa, Wef , 1998). O
método consiste na determinação dos componentes em questão através do auxílio de um
indicador, o DPD, que é adicionado na amostra. O indicador é oxidado inicialmente pelo
hipoclorito, produzindo um pico de absorbância na região do visível, no comprimento de onda
515nm. Em seguida, pequenas quantidades de iodo adicionadas catalisam a oxidação do
indicador pela monocloramina e grandes quantidades de iodo catalisam a oxidação do
indicador pela dicloramina.
O equipamento utilizado para realizar as mediadas de absorbância foi um
espectrofotômetro UV visível modelo CARY 300 da VARIAN. Este equipamento está
conectado a um computador, que possui o software CARY WINUV. As medidas foram
realizadas em cubetas de vidro de 1cm de caminho óptico.
3.4.2 Análise de Concentração de Hipoclorito de Sódio
A medida de concentração de hipoclorito de sódio foi fundamental para a preparação
das soluções de monocloraminas, já que o íon hipoclorito é um dos reagentes de formação. A
análise da concentração das soluções de hipoclorito de sódio foi realizada através de medidas
de absorbância no comprimento de onda de 293nm. Como se trata de uma substância pura, o
cálculo da concentração é feito através da Equação 3.3, conhecendo-se a absortividade molar
do hipoclorito no respectivo comprimento de onda.
c.CA
hh
293
.
293
e= (3.3)
onde:
A = absorbância;
e
h
= absortividade molar do hipoclorito (mol
-1
.L.cm
-1
);
3.3 EQUIPAMENTO 47
C
h
= concentração molar de hipoclorito (mol.L
-1
);
c = caminho óptico (cm).
Assim como para as monocloraminas, as medidas de absorbância do hipoclorito foram
determinadas com o espectrofotômetro UV visível modelo CARY 300 da VARIAN.
3.4.3 Análise de pH
As medidas de pH foram necessárias em várias etapas do trabalho, tais como
preparação das soluções monocloraminas, acompanhamento dos experimento com
membranas e preparação de soluções de limpeza. As análises de pH foram realizadas através
do pHmetro DIGIMED modelo DM20. O eletrodo utilizado é do tipo DME CV4 com ponte
eletrolítica de KCl e é provido de termo compensador DMF-NI. A precisão da medida
apresenta incerteza de ±0,1 e confiança de 95%. O equipamento foi regularmente calibrado
com padrões de pH 4 e 6,86.
3.4.4 Análise de Condutividade Elétrica
O teor de compostos com carga elétrica nas soluções foi detectado pela medida de
condutividade elétrica. Esta técnica de análise foi utilizada como medição indireta da
concentração de sais na solução de alimentação e no permeado, nos experimentos com
membranas. O equipamento utilizado para esta análise foi o condutivímetro DIGIMED DM-3,
com eletrodo modelo DMC-010M e K=1 cm
-1
. A metodologia é a apresentada pelo fabricante
do equipamento e a precisão da medida tem uma incerteza de ±3,16%, sendo que o
equipamento foi calibrado com uma solução padrão de 1413 mS a 25ºC, fornecida pela
O
AKTON.
3.4.5 Análise de Concentração de Cloreto de Sódio
A concentração de cloreto de sódio foi determinada indiretamente nas correntes de
alimentação e permeado, através de medidas de condutividade elétrica das amostras, as quais
foram convertidas em concentração através da curva padrão, previamente construída
utilizando-se soluções com concentrações conhecidas. Para melhor ajuste dos dados foram
construídas curvas com diferentes faixas de concentração. O intervalo de concentração, o
3.3 EQUIPAMENTO 48
modelo de ajuste e o coeficiente de correlação estão apresentados na Tabela 3.2, onde a
condutividade elétrica (K) é expressa em mS.cm
-1
e a concentração de NaCl (C) em ppm.
Tabela 3.2: Equações para Conversão de Condutividade Elétrica em Concentração de
Cloreto de Sódio.
Intervalo de concentração (ppm) Modelo de ajuste Coeficiente de correlação
0 – 20 K = 2,1705C + 2,7695 0,9998
20 – 200 K = 2,1448C + 4,0613 0,9999
200 – 2000 K = 1,9400C + 64,407 0,9998
3.4.6 Análise de Concentração de Ferro
Ferro foi utilizado como catalisador do processo oxidativo da membrana causado pelas
monocloraminas. A concentração de ferro total foi determinada utilizando o
espectrofotômetro Spectroquant NOVA 60, juntamente com um conjunto de reagentes da
MERCK, código 14761, segundo as orientações presentes no manual. A faixa de determinação
é de 0,04 a 4,0ppm com um erro relativo percentual de 1,02.
3.4.7 Análise de Concentração de Alumínio
O alumínio também foi utilizado como catalisador do processo oxidativo. A
concentração de alumínio foi determinada pelo método espectrofotométrico através do
equipamento Spectroquant NOVA 60, juntamente com o conjunto de reagentes da MERCK,
código 14825, segundo as orientações presentes no manual. A faixa de determinação é de 0,05
a 1,5ppm com um erro relativo percentual de 1,3.
3.4.8 Análise da Performance das Membranas
A performance das membranas foi avaliada comparando as medidas de fluxo
permeado e retenção de sais, realizados antes e após a exposição da membrana às soluções de
monocloraminas. O procedimento utilizado para obtenção destes dados é denominado teste de
retenção.
3.3 EQUIPAMENTO 49
O teste de retenção consiste em realizar medidas de fluxo permeado e retenção de sais
das membranas na condição de operação de 8kgf.cm
-2
de pressão, 4L.min
-1
de vazão de
alimentação, 25
o
C de temperatura e na concentração salina de 2000ppm de NaCl na solução
de alimentação.
A retenção é a razão entre as concentrações de NaCl da corrente permeada e da
corrente concentrada, calculada segundo a Equação 3.4.
1001 ×
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=
C
P
C
C
R
(3.4)
onde:
R = retenção (%);
C
P
= concentração de sais da corrente permeada (kg.m
-3
);
C
C
= concentração de sais da corrente concentrada (kg.m
-3
).
3.4.9 Análise das Membranas através de Microscopia Eletrônica de
Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva
O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) acoplado a um EDS (Energy
Dispersive Spectroscopy) possibilita a determinação da composição qualitativa e
semiquantitativa das amostras, a partir da emissão de raios X característicos. Esta análise foi
necessária para a identificação do acúmulo de algum material sobre a superfície das
membranas.
Os materiais não condutores de corrente elétrica, para serem analisados no MEV/EDS,
devem ser previamente metalizados. A metalização consiste na precipitação, a vácuo, de uma
película micrométrica de material condutor (ouro ou carbono) sobre a superfície do material,
possibilitando a condução da corrente elétrica. As membranas analisadas foram metalizadas
com ouro no dia anterior à análise e previamente secas e armazenadas num dessecador.
3.5 LIMPEZA QUÍMICA 50
As imagens eletrônicas de varredura foram obtidas com o equipamento Jeol-JSM 5800
Scanning Microscope, no Centro de Microscopia Eletrônica da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul. As seguintes condições analíticas foram utilizadas para as análises: feixe de
elétrons com resolução nominal de 0,0035 µm, regulável para tensões de 0,3 a 30 kV; vácuo
da análise de 10
-4
Pa e vácuo da metalização de 10
-5
bar. O tempo de contagem do EDS foi de
30 segundos por análise. Software do EDS utilizado para interpretação dos dados é o SIX-
NORA.
3.5 Limpeza Química
Foram realizados procedimentos de limpeza com a finalidade de remover depósitos
sobre as membranas e também a solução oxidante do interior da membrana, pois estes
poderiam interferir na análise dos resultados.
A limpeza consiste num enxágüe inicial com água destilada para retirada da solução
de exposição do interior do sistema. Posteriormente preenche-se o sistema com a solução de
limpeza, a qual é mantida recirculando durante um período de 30 minutos na temperatura
entre 35 a 40
o
C, a uma pressão de 4kgf.cm
-2
e vazão de alimentação de 4L.min
-1
. Ao término
deste período enxágua-se novamente o sistema com água destilada.
Foram utilizados dois procedimentos de limpeza em fases diferentes do trabalho.
Numa fase inicial o procedimento de limpeza era constituído de duas etapas: uma limpeza
ácida e outra alcalina. A solução ácida, preparada com ácido cítrico, era inicialmente utilizada
por um período de 30 minutos e posteriormente a solução alcalina, preparada com hidróxido
de sódio, era utilizada num igual período. Numa segunda fase do trabalho, a limpeza com
soluções ácidas e alcalinas foi abandonada e substituída por uma limpeza com água destilada,
porém as condições operacionais de limpeza foram mantidas.
3.6 Metodologia Experimental
A seguir serão descritas as metodologias utilizadas para a determinação da
concentração de cloraminas, na preparação das soluções concentradas e estáveis de
monocloraminas e nos experimentos de exposição das membranas de PA às soluções de
monocloraminas.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 51
3.6.1 Escolha do Método Analítico para a Determinação de
Cloraminas
Os métodos DPD e UV foram selecionados entre os métodos disponíveis para a
determinação da concentração de cloraminas. Os resultados de concentração obtidos por cada
método foram comparados a fim de se escolher o método mais simples e rápido do ponto de
vista experimental e mais confiável em relação as medidas de concentração. A seguir estão
descritos os experimentos realizados para este estudo.
Experimento 1.1: Construção da curva de calibração do método DPD colorimétrico.
Inicialmente tentou-se utilizar o método DPD colorimétrico para servir como método
analítico de cloraminas. Assim, construiu-se uma curva de calibração, utilizando como padrão
o permanganato de potássio, segundo o Standartd Methods, (Apha, Awwa, Wef, 1998).
Posteriormente esta foi comparada com os resultados obtidos por Vargas (2003) e Bettiol
(2004). Os padrões foram preparados na faixa de concentração de cloro de 0,05 a 4ppm.
Experimento 1.2: Estudo da reprodutibilidade do método DPD.
Já de posse da curva, preparou-se algumas amostras de monocloraminas para verificar
a reprodutibilidade dos resultados pelo método DPD. As amostras foram preparadas
utilizando 90,7ppm de cloreto de amônio e 100ppm de cloro livre.
Experimento 1.3: Estudo da reprodutibilidade do método UV.
Na determinação da concentração de monocloraminas pelo método UV preparou-se
amostras contendo 90,7ppm de cloreto de amônio e 72,7ppm de hipoclorito de sódio.
Também foi verificada a reprodutibilidade do método UV. A relação molar de cloreto de
amônio e hipoclorito de sódio na preparação da solução foi de 1,2.
3.6.2 Análise do Preparo de Soluções de Monocloraminas
O objetivo inicial desta etapa foi produzir soluções estáveis de monocloraminas sem
nenhum residual de cloro livre, logo a reação de formação deve apresentar um consumo total
do hipoclorito de sódio.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 52
Conforme relatado no Capítulo 2, a formação de cloraminas é dependente da
concentração inicial dos reagentes, pH e temperatura. As condições ideais para garantir o total
consumo de cloro livre e a formação preferencial de monocloraminas são: pH superior a 8 e
uma relação de concentração entre cloreto de amônio e hipoclorito de sódio maior do que 1.
Uma metodologia de preparação de monocloraminas já havia sido proposta por Vargas
(2003) baseada nos trabalhos de Tanaka, et al. (1994). Entretanto, para simplificar a análise
dos resultados experimentais e evitar a interferência nos métodos analíticos foram eliminados
alguns procedimentos a fim de diminuir a quantidades de espécies químicas presentes na
solução. Desta maneira, devido à importância da metodologia adotada para a preparação das
monocloraminas, os passos seguidos para a sua preparação são apresentados a seguir:
1-
pesar a quantidade de cloreto de amônio desejada e colocar no balão volumétrico;
2-
adicionar água e agitar;
3-
acrescentar o volume desejado de hipoclorito de sódio no balão;
4-
completar o volume do balão com água;
5-
ajustar o pH, se necessário, com hidróxido de sódio para 8 e agitar;
6-
deixar reagir por 30 minutos.
7-
adicionar os reagentes cloreto férrico hexahidratado ou sulfato de alumínio
comercial.
Experimento 2.1: Estudo da evaporação de monocloraminas.
Já havia sido observado que a concentração de hipoclorito de sódio variava devido a
sua evaporação. Assim montou-se o Experimento 2.1 para avaliar a variação da concentração
de monocloraminas pela evaporação.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 53
Este experimento foi subdividido em duas etapas. A primeira etapa teve como objetivo
verificar a existência de evaporação de algum composto da solução e a segunda etapa de
identificar o composto que estava evaporando.
Preparou-se, então, uma solução de monocloraminas e acondicionou-se metade desta
amostra em um recipiente fechado e a outra metade em um recipiente aberto. Após
acondicionada a solução realizou-se varreduras de absorbâncias do comprimento de onda de
200 a 300nm a cada meia hora para avaliar a concentração de monocloraminas. A reação de
formação de monocloraminas foi realizada com um excesso molar de 20% de cloreto de
amônio e pH 8.
Na segunda etapa, montou-se um aparato com dois recipientes conectados entre si,
conforme ilustrado na
Figura 3.4. O primeiro recipiente apresenta uma entrada de ar, na parte
inferior, que está conectada a uma placa de vidro sinterizada no interior do recipiente. Na
parte superior há uma saída de ar que está ligada à parte inferior do segundo recipiente. Da
mesma maneira que no primeiro recipiente, o ar que entra no segundo recipiente é forçado a
passar por uma placa de vidro sinterizado. A função da placa de vidro sinterizado é de
produzir pequenas bolhas de ar para promover o íntimo contato entre a solução e o ar. O
segundo recipiente apresenta uma abertura superior que permite que o ar saia.
Com este aparato deseja-se promover a passagem da substância volátil da solução de
monocloraminas para o ar, já que o ar está isento desta substância, e, posteriormente, no
segundo recipiente a passagem da substância volátil do ar para água, já que nesta etapa o ar
está rico desta substância e a água está pobre.
O primeiro recipiente foi ocupado com uma solução de monocloraminas e o segundo
com água destilada. Um fluxo de ar borbulhante entra em contato com a solução de
monocloraminas promovendo a troca de massa entre a solução e o ar. Logo após, este ar é
forçado a passar por um novo borbulhamento no recipiente com água destilada promovendo a
troca de massa entre o ar e a água.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 54
Figura 3.4: Aparato de Borbulhamento para Promoção de Transferência de Massa.
Em tempos pré determinados foram realizadas varreduras de absorbância na faixa de
comprimento de onda de 200 a 300nm da amostra coletada do segundo recipiente para
verificar qual composto evaporou. Utilizou-se uma solução com uma concentração elevada de
monocloraminas (500ppm) para facilitar a identificação da substância que evaporou. A reação
de formação de monocloraminas foi realizada com um excesso molar de 20% de cloreto de
amônio.
Experimento 2.2: Formação de monocloraminas com excesso de cloreto de amônio.
O Experimento 2.2 foi realizado para verificar se todo o hipoclorito de sódio é
consumido na reação de formação de monocloraminas e para avaliar o tempo necessário para
que isto aconteça. Neste experimento utilizou-se um excesso molar de 20% de cloreto de
amônio e pH superior a 8 e efetuaram-se medidas de concentração de cloraminas a cada
minuto até consumo total do hipoclorito. Os reagentes foram adicionados em um frasco que
foi mantido fechado e sob temperatura ambiente durante as medidas de concentração.
Como já mencionado no Capítulo 2, a utilização de um excesso de cloreto de amônio
tem como finalidade garantir que o hipoclorito de sódio seja totalmente consumido e reduzir a
formação de di- e tricloraminas.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 55
Experimento 2.3: Formação de monocloraminas com excesso de hipoclorito de sódio.
Lembrando que o hipoclorito reage com a monocloramina, realizou-se o Experimento
2.3 com um excesso molar de 20% de hipoclorito de sódio e pH superior a 8 e efetuaram-se
medidas de concentração de cloraminas a cada 5 minutos. Da mesma maneira que no
Experimento 2.2, os reagentes foram adicionados em um frasco que foi mantido fechado e sob
temperatura ambiente durante as medidas de concentração. O objetivo deste experimento foi
de avaliar a estabilidade desta solução nesta condição experimental e confirmar se todo o
excesso de hipoclorito converte monocloraminas em dicloraminas.
3.6.3 Exposição das Membranas às Monocloraminas
Os experimentos de exposição das membranas de PA às monocloraminas podem ser
divididos em duas etapas. Na primeira etapa, Experimentos 3.1, 3.2 e 3.3, estudou-se a
influência das monocloraminas sobre as membranas de PA. Na segunda, Experimentos 3.4 e
3.5, estudou-se o poder de catálise dos metais, alumínio e ferro, em oxidações causadas pelas
monocloraminas sobre as membranas de PA.
Os experimentos foram realizados mantendo-se a solução concentrada de
monocloraminas em circulação na unidade de OI sob a seguinte condição de operação:
8kgf.cm
-2
de pressão, 4L.min
-1
de vazão de alimentação e 25
o
C de temperatura.
Para avaliar o efeito das monocloraminas sobre as membranas em um tempo mais
curto foram utilizadas elevadas concentrações, tentando simular assim um longo período de
exposição.
Todas as soluções de monocloraminas utilizadas nos experimentos foram preparadas
segundo a metodologia descrita no Capítulo 3 item 3.6.2 com um excesso de 20% de cloreto
de amônio para garantir o consumo total do hipoclorito de sódio. Durante os experimentos foi
monitorado o pH e a concentração das soluções de monocloraminas para garantir as condições
de pH superior a 8 e concentração o mais constante possível.
Como já foi descrito no Capítulo 2, a concentração de cloraminas varia com o tempo,
mesmo na ausência de substâncias orgânicas ou inorgânicas, quando expostas as condições do
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 56
ambiente. Logo, baseado nos dados de monitoramento do experimento, para manter a
concentração de monocloraminas constante, foi necessário a renovação da solução se o tempo
de experimento fosse maior que 6 horas. Todo o sistema de OI também foi mantido fechado
para minimizar as perdas por evaporação de monocloraminas.
Experimento 3.1: 4 horas de exposição à solução de monocloraminas.
Este experimento teve como objetivo verificar a influência das monocloraminas sobre
as membranas de PA. Também teve como objetivo verificar o comportamento da
concentração de monocloraminas durante o experimento e confirmar se o sistema de OI
estava adequadamente fechado. Foram realizados experimentos em baixas concentrações de
monocloraminas intercalados por limpezas e caracterizações através de testes de retenção. A
metodologia adotada está descrita a seguir:
· R1: teste de retenção salina (caracterização da membrana nova);
· E1: exposição às monocloraminas;
· R2: teste de retenção salina;
· limpeza ácida e alcalina;
· R3: teste de retenção salina;
· E2: exposição às monocloraminas;
· R4: teste de retenção salina;
· limpeza ácida e alcalina;
· R5: teste de retenção salina;
O tempo total de exposição às monocloraminas foi de 4 horas subdividido em duas
etapas,
E1 e E2, de 2 horas de duração cada. A concentração inicial foi de 72ppm de
monocloraminas e a membrana utilizada foi a ACM.
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 57
Experimento 3.2: 12 horas de exposição à solução de monocloraminas.
Neste experimento executaram-se as mesmas etapas do experimento 3.1, entretanto o
tempo total de exposição às monocloraminas foi de 12 horas, subdividido em duas etapas de 6
horas. A concentração inicial foi de 66ppm de monocloraminas e, novamente, a membrana
utilizada foi a ACM.
Experimento 3.3: 40 horas de exposição à solução de monocloraminas.
Neste experimento as membranas de PA foram expostas à soluções de
monocloraminas numa concentração de 500ppm. O tempo total de exposição para cada
membrana foi de 40 horas. Foram avaliadas duas amostras da membrana ACM e uma da
CPA. As exposições foram intercaladas por limpezas e caracterizações através de testes de
retenção salina. A metodologia adotada em cada experimento está descrita a seguir:
· R1: teste de retenção salina (caracterização da membrana);
· E1: exposição de 6 horas às monocloraminas;
· limpeza com água;
· R2: teste de retenção salina;
· E2: exposição de 6 horas às monocloraminas;
· limpeza com água;
· R3: teste de retenção salina;
· E3: exposição de 6 horas às monocloraminas;
· limpeza com água;
· R4: teste de retenção salina;
3.6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 58
· E4: exposição de 12 horas às monocloraminas;
· limpeza com água;
· R5: teste de retenção salina;
· E5: exposição de 10 horas às monocloraminas;
· limpeza com água;
· R6: teste de retenção salina;
Experimento 3.4: Exposição à solução de monocloraminas contendo ferro.
O Experimento 3.4 teve como objetivo estudar o efeito catalítico do ferro na
degradação da membrana pela monocloramina. Adotou-se neste experimento o mesmo
procedimento utilizado no Experimento 3.3. Nas soluções de monocloraminas, com uma
concentração de 500ppm, foi adicionado cloreto férrico hexahidratado em quantidade
suficiente para resultar em uma concentração inicial de ferro igual a 0,05ppm. Esta é a
concentração típica remanescente em estações de tratamento de água. A membrana utilizada
foi a CPA.
Experimento 3.5: Exposição à solução de monocloraminas contendo alumínio.
O Experimento 3.5 teve como objetivo estudar o efeito catalítico do alumínio na
degradação da membrana pela monocloramina. Adotou-se neste experimento o mesmo
procedimento de exposição utilizado no Experimento 3.3 e a membrana utilizada foi a CPA.
Nas soluções de monocloraminas com uma concentração de 500ppm foi adicionado sulfato de
alumínio para atuar como catalisador da degradação da membrana. Foram realizados
experimentos com as seguintes concentrações de alumínio na solução de monocloraminas:
· Experimento 3.5-A: 0,05ppm de alumínio.
· Experimento 3.5-B: 0,10ppm de alumínio.
· Experimento 3.5-C: 0,25ppm de alumínio.
Capítulo 4
Resultados e Discussão
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados das três fases deste trabalho.
A primeira fase consistiu no estudo dos métodos analíticos de cloraminas. Definido o método
analítico, na segunda fase foi investigado um procedimento para o preparo de soluções
estáveis de monocloraminas e isentas de cloro. Finalmente, na terceira fase foram realizados
experimentos de exposição das membranas de PA às soluções de monocloraminas. Esta
última fase foi subdividida em duas etapas. Na primeira etapa estudou-se a influência das
monocloraminas sobre as membranas de PA. Na segunda estudou-se o efeito da presença de
residuais de alumínio e/ou de ferro no processo de degradação das membranas de PA causado
pela solução de monocloraminas. Todos os dados experimentais apresentados neste capítulo
encontram-se tabelados no Apêndice A.
4.1 Estudo de Métodos Analíticos para a Determinação de
Cloraminas
A seleção de um bom método de análise de cloraminas é de fundamental importância
para as demais etapas deste trabalho que envolvem o preparo de soluções de monocloraminas
com concentrações conhecidas e o estudo do efeito dessas soluções sobre as membranas de
PA. Portanto, esta etapa do trabalho teve como objetivo avaliar métodos analíticos de
determinação de cloraminas.
4.1 ESTUDO DE MÉTODOS ANALÍTICOS PARA A DETERMINAÇÃO DE CLORAMINAS 60
Apesar da relativa simplicidade de uma molécula de cloramina inorgânica, muitas
informações sobre as características físicas e químicas desta substância ainda são
desconhecidas, o que dificulta a caracterização e quantificação das espécies. Os métodos
analíticos conhecidos normalmente são complexos e necessitam de equipamentos especiais. A
seleção dos métodos DPD e UV como foco do estudo deve-se à simplicidade dos métodos, ao
menor custo de análise e à disponibilidade de equipamentos e reagentes no laboratório.
Os experimentos apresentados a seguir foram realizados com o objetivo de selecionar
um método rápido e confiável de determinação da concentração de cloraminas em soluções
sintéticas preparadas a partir de hipoclorito de sódio e cloreto de amônio.
No Experimento 1.1, foi obtida a curva de calibração do método DPD colorimétrico e
esta foi comparada com as curvas obtidas por Vargas (2003) e Bettiol (2004). As curvas
foram ajustadas a modelos lineares, conforme a Equação 4.1, onde A corresponde à
absorbância medida e Y à concentração conhecida em ppm de cloro. A partir dos dados
experimentais de absorbância e concentração foram estimados os parâmetros a e b
correspondentes ao coeficientes angular e linear do modelo, respectivamente. Na Tabela 4.1.
são apresentados os parâmetros obtidos neste trabalho, bem como os dos trabalhos de Bettiol
(2004) e de Vargas (2003).
bYaA +×= (4.1)
Tabela 4.1: Parâmetros das Curvas de Calibração do Método DPD Colorimétrico.
Parâmetros
ab
Coeficiente de correlação Referência
0,2281 0,0079 0,9996 Bettiol (2004)
0,1688 0,0010 0,9987 Vargas (2003)
0,2377 0,0091 0,9985 Presente trabalho
Apesar de todas as curvas da Tabela 4.1 apresentarem um coeficiente de correlação
próximo a 1, os coeficientes angular e linear das equações não coincidem. Como
conseqüência, estas equações produzem resultados muito diferentes para uma mesma medida
4.1 ESTUDO DE MÉTODOS ANALÍTICOS PARA A DETERMINAÇÃO DE CLORAMINAS 61
de absorbância. Para exemplificar esta situação foram calculados algumas concentrações
utilizando os três modelos para o mesmo valor de absorbância, os quais estão apresentados na
Tabela 4.2. Cabe salientar que os parâmetros foram obtidos pela mesma metodologia e pelo
mesmo equipamento, já que foram trabalhos desenvolvidos no mesmo departamento.
Observa-se que as equações deste trabalho e de Bettiol apresentam resultados próximos,
porém diferentes daquelas calculadas pela equação de Vargas, possivelmente devido ao
aprimoramento da técnica de análise onde foi constatado que o tempo necessário para
realização da medida de absorbância, após a adição do indicador DPD, influencia no resultado
obtido.
Tabela 4.2: Comparação de Resultados para a Concentração de Cloraminas para as
Diferentes Curvas de Calibração do Método DPD.
Absorbância
Parâmetros
0,025 0,05 0,25 0,5 1
Vargas (2003) 0,14ppm 0,29ppm 1,48ppm 2,96ppm 5,92ppm
Bettiol (2004) 0,07ppm 0,18ppm 1,06ppm 2,16ppm 4,35ppm
Presente trabalho 0,07ppm 0,17ppm 1,01ppm 2,06ppm 4,17ppm
Apesar das diferenças entre as curvas de calibração de Bettiol (2004), Vargas (2003) e
do presente trabalho, realizou-se o Experimento 1.2 com a finalidade de avaliar a
reprodutibilidade do método DPD colorimétrico para 4 amostras preparadas nas mesmas
condições. Os resultados do experimento estão apresentados na Figura 4.1, sendo que cada
amostra foi avaliada por duas medidas e o resultado é a média aritmética entre elas.
4.1 ESTUDO DE MÉTODOS ANALÍTICOS PARA A DETERMINAÇÃO DE CLORAMINAS 62
85
90
95
100
105
110
115
120
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4
Concentração de Cloraminas (ppm de Cloro)
Figura 4.1: Reprodutibilidade do Método DPD.
O experimento 1.2 apresentou resultados distintos para cada amostra, como por
exemplo nas amostras 2 e 3 onde a diferença na concentração medida é de aproximadamente
17%. Estes resultados comprovam os erros experimentais, já mencionados no Capítulo 2, que
são: altas diluições, curva de calibração e equipamentos inadequados, além de interferência de
espécies químicas. O trabalho de Vargas (2003) confirma que no preparo de soluções de
cloraminas, utilizando sempre a mesma quantidade de reagentes, a concentração inicial de
monocloraminas obtida pelo método DPD nem sempre é a mesma.
No Experimento 1.3 avaliou-se a reprodutibilidade do método UV para 3 amostras
preparadas nas mesmas condições. O reagente limitante foi o hipoclorito de sódio com uma
concentração de 1,41.10
-3
mol.L
-1
. Pela reação de formação de monocloraminas, representada
pela Equação 4.2, a máxima concentração de monocloraminas será 1,41.10
-3
mol.L
-1
,
que
corresponde a 72,7ppm. Na Figura 4.2 são apresentadas as concentrações de monocloraminas
obtidas pelo método UV, onde se pode perceber que a conversão é máxima e com ótima
reprodutibilidade.
OHClNH NH OCl
224
-
+→+
+
(4.2)
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 63
0
15
30
45
60
75
90
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3
Concentração de Cloraminas (ppm)
Monocloraminas Dicloraminas
Figura 4.2: Reprodutibilidade do Método UV.
4.2 Estudo do Preparo de Soluções de Monocloraminas
O componente de interesse entre as cloraminas inorgânicas é a monocloramina, pois é
a espécie predominante em condições típicas de tratamento de água e a que apresenta o maior
poder desinfetante. Hipoclorito de sódio é utilizado na reação de formação de
monocloraminas e apresenta um efeito danoso sobre membranas de PA.
A presença de di- e tricloraminas tem pouca importância no estudo da influência das
monocloraminas sobre as membranas de PA, já que estes componentes são oxidantes mais
fracos que as monocloraminas e suas concentrações são normalmente muito baixas nas
condições que se deseja trabalhar.
Com a finalidade de utilizar monocloraminas em experimentos com as membranas de
PA, deseja-se obter uma solução de monocloraminas com concentração o mais constante
possível, sendo a monocloramina o componente majoritário, e além disso isenta de cloro. Para
alcançar este objetivo estudaram-se soluções em pH superior a 8 pois, conforme estudos
apresentados no Capítulo 2, este é o pH mais adequado para manutenção da concentração das
monocloraminas.
Na busca de soluções com concentração constante, realizou-se o Experimento 2.1, que
teve como objetivo avaliar a variação da concentração de monocloraminas pela evaporação de
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 64
uma ou mais substâncias presentes em solução. Suspeitava-se que esta variação fosse devida à
evaporação das monocloraminas mas buscou-se comprovar esta suposição. Na primeira etapa
avaliou-se a existência da evaporação e na segunda etapa buscou-se identificar o composto
que estava evaporando.
A evaporação dos compostos é função de variáveis como temperatura, caminho de
difusão, área de troca mássica, etc. Entretanto, o objetivo do Experimento 2.1 não foi de
quantificar a taxa de evaporação, mas alertar sobre a necessidade de cuidados em relação a
este processo.
No Experimento 2.1, o volume de uma amostra de monocloraminas foi dividido e
metade colocada em um recipiente fechado e a outra metade em um recipiente aberto.
Medidas de concentração foram realizadas durante o experimento em intervalos de 30
minutos. Como pode ser observado na Figura 4.3, a concentração de monocloraminas no
recipiente fechado manteve-se constante durante todo o experimento. No entanto, observa-se
que a concentração de monocloraminas no recipiente aberto decaiu continuamente durante
todo o experimento. Estes resultados comprovam que a evaporação de alguma substância em
solução está influenciando na variação da concentração de monocloraminas.
50
55
60
65
70
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30
Tempo (horas)
Concentração de
Monocloraminas (ppm)
Frasco Aberto Frasco Fechado
Figura 4.3: Concentração de Monocloraminas versus Tempo em Recipientes Abertos e
Fechados.
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 65
O resultado observado para a concentração de monocloraminas conservada no frasco
fechado também conduz à conclusão que outros fatores externos como luz, temperatura
ambiente e a decomposição de monocloraminas não influenciam significativamente para a
variação da concentração quando comparados com a evaporação, sob as condições de pH
alcalino e com excesso de cloreto de amônio. Cabe salientar que os frascos não foram
mantidos ao abrigo da luz, tampouco em ambiente com temperatura constante.
Na Figura 4.4 são apresentados 8 espectros de absorbância da amostra contida no
recipiente aberto. A curva A1 corresponde ao espectro inicial com os maiores valores de
absorbância em todo o intervalo. À medida que o tempo cresce, curvas A1 a A8, os espectros
apresentaram um decréscimo de absorbância em todo o intervalo correspondente a uma
diferença de 16% em relação ao pico de absorbância em 245nm. Os pontos isosbésticos de
decomposição de monocloraminas em dicloraminas, nos comprimentos de onda 231 e 278nm,
não são observados. Logo pode-se concluir que o processo de conversão de monocloraminas
em dicloraminas não está ocorrendo. Assim, a variação dos espectros de cloraminas contidas
no recipiente aberto deve-se à evaporação das monocloraminas.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
200 220 240 260 280 300
Comprimento de onda (nm)
Absorbância
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
Figura 4.4: Absorbâncias da Amostra Contida no Recipiente Aberto.
Apesar dos resultados da primeira etapa do Experimento 2.1 indicarem que a
evaporação de monocloraminas ocorre, outras espécies químicas podem estar evaporando, o
que pode resultar no desaparecimento das monocloraminas.
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 66
Para confirmar a evaporação de monocloraminas realizou-se a segunda etapa do
Experimento 2.1. Neste experimento montou-se um aparato, conforme descrito no Capítulo 3,
para promover o transporte da substância volátil da solução de monocloramina para um
recipiente com água destilada. Após intervalos de tempo determinados realizaram-se
varreduras de absorbância para identificar o composto que evaporou. Utilizou-se uma
concentração elevada de monocloraminas (500ppm), para facilitar a identificação da
substância absorvida na água.
Na Figura 4.5 são apresentados dois espectros de absorbância obtidas durante o
Experimento 2.1. As curvas demostram um máximo em 245nm, pico de absorbância da
monocloramina, e suas intensidades representam uma concentração de 10,9 e 19,4ppm de
monocloramina para cada curva. As absortividades molares calculadas para monocloramina
nos comprimentos de onda 231, 245 e 278nm são respectivamente 338,8, 451,7 e
70,7mol
-1
.L.cm
-1
sendo que as absortividades molares encontradas por Valentine, Brandt e
Jafvert (1986) são respectivamente 320, 445 e 89mol
-1
.L.cm
-1
. Estes resultados demonstram
que a substância absorvida pela água é a monocloramina. Mesmo que cloro ou hipoclorito
tivessem sido absorvidos pela água, não haveria condições para a formação de
monocloraminas. Logo, estes resultados comprovam a hipótese de evaporação de
monocloraminas.
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.18
0.21
200 220 240 260 280 300
Comprimento de Onda (nm)
Absorbância
1 Hora 2 Horas
Figura 4.5: Espectros de Absorbância da Substância Absorvida na Água.
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 67
Kumar, Shinness e Margerum (1987) afirmam que tricloraminas apresentam uma
volatilidade considerável (pressão de vapor de 150mmHg), mas nenhuma referência foi
encontrada na literatura a respeito da volatilidade de monocloraminas.
Na busca de soluções de monocloraminas estáveis e isentas de cloro, o Experimento
2.2 teve como objetivo verificar o tempo necessário para o consumo total do hipoclorito de
sódio sob a condição de 20% de excesso de cloreto de amônioe pH superior a 8. Pode-se
observar, através dos resultados apresentados na Figura 4.6, que a concentração de
monocloramina mostrou-se constante e igual a 71ppm durante todo o experimento e
apresentou uma conversão em produtos de 99% de monocloramina e 1% de dicloramina já
nos 5 minutos iniciais. A concentração de hipoclorito de sódio não pode ser avaliada,
entretanto, pela estequiometria, sua concentração deve ser nula ou insignificante.
Weil e Morris (1949) concluíram em seus estudos que a taxa de formação de
monocloraminas é muito grande entre os pH 6,5 e 10 e difícil de ser determinada. Em pH 8,5
a taxa de formação apresenta um máximo. Estes dados estão de acordo com o resultados
obtidos no Experimento 2.2.
67
68
69
70
71
72
73
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Concentração de
Monocloraminas (ppm)
Figura 4.6: Concentração de Monocloraminas versus Tempo para a Reação de
Formação com Excesso de 20% de Cloreto de Amônio.
O Experimento 2.3 teve como objetivo verificar a estabilidade de uma solução com
excesso de 20% de hipoclorito de sódio. Pode-se observar na Figura 4.7 que a concentração
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 68
inicial de monocloraminas estava próxima ao valor estequiométrico esperado. À medida que o
tempo avança, a concentração de monocloraminas apresenta um decréscimo exponencial e
alcança um valor mais ou menos constante após 1 hora de experimento. A concentração de
dicloraminas, como pode ser observado na Figura 4.8, manteve-se praticamente constante
durante todo o experimento quando comparado com o consumo de monocloraminas.
Um experimento similar ao Experimento 2.3 também foi realizado por Jafvert e
Valentine (1992), e os resultados obtidos neste trabalho estão de acordo com os observados
pelos referidos autores. Conforme demonstrado na Figura 4.9, os mesmos autores também
realizaram medidas de concentração do hipoclorito de sódio durante o experimento e
verificaram que a concentração decresce exponencialmente até este ser completamente
consumido. Este decaimento do hipoclorito de sódio é acompanhado pelo decréscimo da
concentração de monocloramina até atingir um valor constante. Ou seja, o excesso de
hipoclorito de sódio reage com as monocloraminas até ser totalmente extinguido e neste
processo ocorre o consumo de parte das monocloraminas formadas.
Lembrando que hipoclorito reage com monocloraminas formando di- e tricloraminas,
era esperado um aumento maior da concentração de dicloraminas no Experimento 2.3 e no
experimento de Jafvert e Valentine (1992). Este resultado pode ter ocorrido devido à condição
de pH básico que é desfavorável à formação de di- e tricloraminas. Mas como
monocloraminas estão sendo consumidas, o excesso de hipoclorito deve estar causando a
degradação completa da monocloramina em gás nitrogênio e cloretos.
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 69
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
5 15 25 35 45 55 65
Tempo (min)
Concentração de
Monocloraminas (ppm)
Figura 4.7: Concentração de Monocloraminas versus Tempo na Reação de Formação
com 20% de Excesso de Hipoclorito de Sódio.
0
1
2
3
4
5
6
5 15 25 35 45 55 65
Tempo (min)
Concentração de
Dicloraminas (ppm)
Figura 4.8: Concentração de Dicloramina versus Tempo na Reação de Formação de
Monocloraminas com 20% de excesso de Hipoclorito de Sódio.
4.2 ESTUDO DO PREPARO DE SOLUÇÕES DE MONOCLORAMINAS 70
Figura 4.9: Concentração versus Tempo para a Reação de Formação de
Monocloraminas, segundo Jafvert e Valentine (1992).
Na Figura 4.10 é apresentado o espectro de absorbância após 65 minutos de
andamento do Experimento 2.3. As absortividades molares em 231, 245 e 278nm são
respectivamente 340,3, 452,1 e 82,0mol
-1
.L.cm
-1
sendo que as absortividades molares
encontradas por Valentine, Brandt e Jafvert (1986) foram respectivamente 320, 445 e 89mol
-
1
.L.cm
-1
. Este resultado é coerente para uma mistura de mono- e dicloraminas quando o
componente majoritário é a monocloramina. No comprimento de onda 293nm, pico de
absorbância do hipoclorito de sódio, onde mono- e dicloraminas também absorvem, não se
observa alteração significativa que indique a presença de hipoclorito de sódio.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 71
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
200 220 240 260 280 300
Comprimento de Onda (nm)
Absorbância
Figura 4.10: Espectro de Absorbância Final na Reação de Formação de Cloraminas com
Excesso de Hipoclorito de Sódio.
A partir dos resultados obtidos nos Experimentos 2.2 e 2.3 foi confirmado que para
preparação de uma solução rica em monocloraminas e isenta de hipoclorito de sódio é
necessário condições de pH igual ou superior a 8 e um excesso de cloreto de amônio.
Uma alternativa para remoção do cloro remanescente na solução de monocloraminas é
o uso de bissulfito de sódio, entretanto, isto resulta em um aumento da quantidade de espécies
químicas presentes em solução. Este aumento de espécies acarreta um aumento da pressão
osmótica, além de poder causar interferências tanto nos métodos analíticos quanto no
processo de separação por membranas e, desta forma, mascarar os resultados obtidos.
4.3 Exposição das Membranas às Monocloraminas
Nesta fase foram realizados experimentos de exposição das membranas de PA às
soluções de monocloraminas. Estes experimentos foram divididos em duas etapas: 1) estudo
da influência das monocloraminas sobre as membranas de PA; 2) estudo do poder de catálise
do alumínio e do ferro em oxidações causadas pelas monocloraminas sobre as membranas de
PA. Antes da discussão dos resultados obtidos nestes estudos será apresentado o
comportamento da concentração e do pH das soluções de monocloraminas utilizadas durante
a operação da unidade de OI.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 72
4.3.1 Concentração e pH das Soluções de Monocloraminas nos
Experimentos de Exposição
Um dos objetivos principais deste trabalho foi de manter a concentração de
monocloraminas constante durante os experimentos de exposição das membranas de PA.
Entretanto a concentração das cloraminas diminui com o tempo, mesmo na ausência de
substâncias orgânicas ou inorgânicas, quando estas são expostas as condições ambientes. Por
este motivo, especial atenção deve ser dada à variação da concentração das monocloraminas
durante a operação da unidade de OI.
Todas as soluções de monocloraminas utilizadas nas exposições foram preparadas
segundo a metodologia descrita no Capítulo 3 item 3.6.2 com um excesso de 20% de cloreto
de amônio para garantir o consumo total do hipoclorito de sódio. Durante os experimentos
foram monitorados o pH e a concentração da solução para garantir as condições de pH
superior a 8 e concentração praticamente constante.
Também foi demonstrado pelo Experimento 2.1 que as monocloraminas evaporam
quando em recipientes abertos ao ambiente. Assim, alguns cuidados foram tomados para
minimizar a evaporação durante os experimentos na unidade, tal como tanque de alimentação
completamente fechado. Além disso, tomou-se um cuidado especial na coleta e armazenagem
de amostras evitando ao máximo a evaporação.
Baseado nos dados de monitoramento dos experimentos de exposição, para minimizar
o efeito da variação da concentração de monocloraminas, quando o tempo do experimento
fosse maior que 6 horas a renovação da solução foi realizada.
Durante o Experimento 3.1, a concentração de monocloramina teve uma diminuição
de aproximadamente 14% com o decorrer do tempo, conforme apresentada na Figura 4.11.
Esta variação já foi considerada um bom resultado quando comparado com os resultados
obtidos por Vargas (2003) que apresentou uma variação de 50% após 2 horas de experimento.
A variação acentuada da concentração de monocloraminas nos experimentos de Vargas
(2003) certamente foi devido à evaporação, já que o tanque de alimentação, em seus
experimentos, estava completamente exposto ao ambiente. Mesmo com o bom desempenho
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 73
do Experimento 3.1 foram realizadas modificações na vedação do tanque de alimentação para
minimizar ainda mais a evaporação de monocloraminas no Experimento 3.2.
55
60
65
70
75
80
0:00 0:43 1:26 2:09
Tempo (h)
Concentração de
Monocloraminas (ppm)
Alimentação Permeado
Figura 4.11: Concentração de Monocloraminas em Função do Tempo para o
Experimento 3.1.
Devido à possível evaporação das monocloraminas durante a coleta do permeado, há
dúvidas se a membrana de OI retém muito pouco as monocloraminas ou não as retém. No
entanto, através dos dados mostrados na Figura 4.11 fica claro que um residual de
monocloraminas irá permanecer na corrente permeada. Dependendo da quantidade de
monocloraminas e da finalidade deste permeado isto poderá ser um resultado conveniente ou
desfavorável. Ou seja, convenientemente quando se observa que as monocloraminas poderão
atuar como desinfetantes nas redes de distribuição de água; mas desfavorável em casos que se
deseja água ultrapura, onde poderá ser necessário um processo de remoção de
monocloraminas.
A permeação de monocloraminas está de acordo com as idéias propostas por Gash
(2002) que afirma que cloraminas são dificilmente dissociadas e sugere que, devido a este fato
e à baixa massa molar, as cloraminas são compostos difíceis de serem removidos por OI.
Na Figura 4.12 são apresentados os valores de pH coletados durante o Experimento
3.1. Os dados permaneceram praticamente constantes durante todo o experimento, com um
valor médio de 9,3, atendendo o requisito preestabelecido de pH superior a 8.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 74
0
2
4
6
8
10
12
0:00 0:43 1:26 2:09
Tempo (h)
pH
Figura 4.12: pH de Monocloraminas em Função do Tempo para o Experimento 3.1.
Na Figura 4.13 é apresentada a variação de concentração de monocloraminas durante
o Experimento 3.2. Novamente observa-se uma diminuição média de 15% da concentração
com o decorrer do tempo. Este resultado demonstra uma melhora significativa na manutenção
da concentração pois a duração do Experimento 3.2 foi 3 vezes maior que a do Experimento
3.1. Com a finalidade de reduzir ainda mais esta variação, nos experimentos subseqüentes,
completou-se totalmente o volume do tanque de alimentação, reduzindo assim o espaço de ar
disponível para que ocorra a evaporação. Também, as tubulações de entrada, provenientes da
corrente permeada e concentrada, foram modificadas para diminuir a turbulência e o
borbulhamento no interior do tanque.
Assim como no Experimento 3.1 os dados de pH coletados no Experimento 3.2
permaneceram praticamente constantes, conforme apresentados na Figura 4.14. O valor
médio dos dados foi 8,75, novamente atendendo o requisito preestabelecido.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 75
45
50
55
60
65
70
75
80
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00
Tempo (h)
Concentração de
Monocloraminas (ppm)
1ª Exposição 2ª Exposição
Figura 4.13: Concentração de Monocloraminas em Função do Tempo para o
Experimento 3.2.
0
2
4
6
8
10
12
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00
Tempo (h)
pH
Figura 4.14: pH de Monocloraminas em Função do Tempo para o Experimento 3.2.
No decorrer do tempo dos Experimentos 3.3 e 3.5 foram coletados dados de pH e
concentração de monocloraminas das soluções de alimentação para avaliar as condições de
exposição da membrana. As soluções foram utilizadas em períodos máximos de 6 horas e
avaliadas a cada hora. Nas Figura 4.15 e Figura 4.16 são apresentados os valores obtidos
para estes experimentos.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 76
0
100
200
300
400
500
600
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00
Tempo (h)
Concentração de
Monocloramina (ppm)
Figura 4.15: Concentração de Monocloramina Durante os Experimentos com Alta
Concentração.
0
2
4
6
8
10
12
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00
Tempo (h)
pH
Figura 4.16: pH da Soluções de Monocloraminas Durante os Experimento com Alta
Concentração.
A concentração média de monocloraminas durante os experimentos com alta
concentração foi de 472ppm, o que demonstra que as modificações realizadas para evitar a
evaporação atingiram as expectativas. Desde o princípio deste estudo desejava-se trabalhar
com soluções de monocloraminas com pH superior a 8 para evitar a degradação de
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 77
monocloraminas em dicloraminas. Este objetivo também foi atingido visto que o pH médio
das soluções foi de 9,6 e o pH mínimo observado foi de 8,7.
4.3.2 Estudo da Influência das Monocloraminas sobre as
Membranas de PA
Os fabricantes de membranas de PA informam que estas membranas quando expostas
ao cloro livre sob condições de operação em um sistema de OI são severamente atacadas por
este oxidante, mesmo em baixas concentrações (0,01ppm). Entretanto, Vargas (2003)
observou que membranas de PA não foram atacadas quando simplesmente imersas em
soluções de cloro livre, mas foram atacadas quando em contato com cloro em condições
semelhantes a de operação em um sistema de OI. Acredita-se que a diferença entre as duas
situações é o processo de transferência de massa do seio da solução até o interior da
membrana. A pressão transmembrana, que é exercida sobre a membrana em um sistema de
OI, acelera o processo de difusão do oxidante ao interior da membrana. Já quando a
membrana está simplesmente imersa o processo de difusão é muito lento. Devido a esta
constatação, o efeito das monocloraminas sobre as membranas de PA foi estudado somente
sob condições de operação em uma unidade de OI. Em todos os experimentos as condições
operacionais foram mantidas constantes e iguais a: 25°C de temperatura, pressão
transmembrana de 8kg.cm
-2
e vazão de alimentação de 4L.s
-1
.
As concentrações de cloraminas normalmente utilizadas em estações de tratamento de
água variam entre 2 a 5ppm. Entretanto para avaliar o efeito das cloraminas sobre as
membranas nestas concentrações seriam necessários alguns anos. Utilizando uma
concentração elevada do oxidante simula-se, em tempo reduzido, a exposição longa da
membrana em uma condição normal de operação.
O Experimento 3.1 teve como objetivo verificar a agressividade das monocloraminas
sobre as membranas de PA. Também teve como objetivo verificar comportamento da
concentração de monocloraminas durante o experimento e confirmar se o sistema de OI
estava adequadamente fechado. Foram realizadas exposições à baixas concentrações
intercaladas por caracterizações através de testes de retenção, conforme descrito no Capítulo
3. O tempo total de exposição foi de 4 horas com uma concentração inicial de 72ppm de
monocloraminas. Neste experimento não foi possível observar qualquer dano causado à
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 78
membrana quando em contato com a solução de monocloramina. Uma possível justificativa
para este resultado pode ser o curto tempo de exposição e baixa concentração utilizados.
Os resultados obtidos no Experimento 3.1 para retenção salina e fluxo permeado estão
apresentados na Figura 4.17 e Figura 4.18, respectivamente. Observa-se que a retenção
manteve-se constante durante todo o experimento, entretanto o fluxo permeado diminuiu após
a primeira exposição, teste R2, mas foi recuperado após a limpeza, teste R3. Essa redução de
fluxo pode ter ocorrido devido à deposição de impurezas na superfície da membrana, que,
posteriormente, foi removido com a limpeza.
97.0
97.5
98.0
98.5
99.0
99.5
R1 R2 R3 R4 R5
Retenção (%)
Figura 4.17: Retenção Salina do Experimento 3.1.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
R1 R2 R3 R4 R5
Fluxo Permeado (10
6
x m
3
.m
-2
.h
-1
)
Figura 4.18: Fluxo Permeado do Experimento 3.1.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 79
O Experimento 3.2 foi realizado do mesmo modo que o Experimento 3.1, entretanto o
tempo total de exposição foi de 12 horas com uma concentração inicial de 66ppm de
monocloraminas. A Figura 4.19 e Figura 4.20 apresentam os resultados de retenção salina e
fluxo permeado, respectivamente. Pode-se observar nestas figuras que a retenção salina
manteve-se constante durante todo o experimento. Já o fluxo permeado teve um aumento de
30% já nas primeiras 6 horas de exposição, teste R2. Este resultado sugere um dano físico
causado pelo efeito oxidante das monocloraminas. Após a limpeza, o fluxo permeado, teste
R3, não foi recuperado.
Este aumento do fluxo permeado pode ser explicado pela teoria proposta por
Avlonitis, Hanbury, e Hodgkiess (1992), já mencionada no Capítulo 2, onde há uma mudança
da estrutura da membrana pela transformação das regiões cristalinas do polímero em regiões
amorfas. Nesta etapa o desempenho de separação não é influenciado, como foi observado
pelos resultados de retenção salina da Figura 4.19. Numa segunda etapa o oxidante ataca as
regiões amorfas resultando numa maior passagem de sal. Os autores não fazem nenhuma
referência sobre a alteração do fluxo permeado, entretanto com a alteração da estrutura da
membrana é esperada uma mudança no desempenho.
97.0
97.5
98.0
98.5
99.0
99.5
R1 R2 R3 R4 R5
Retenção (%)
Figura 4.19: Retenção Salina do Experimento 3.2.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 80
0
1
2
3
4
5
R1 R2 R3 R4 R5
Fluxo Permeado (10
6
x m
3
.m
-2
.h
-1
)
Figura 4.20: Fluxo Permeado do Experimento 3.2.
Imaginava-se inicialmente que o ataque das monocloraminas fosse preferencialmente
na superfície da membrana causando alterações facilmente lixiviáveis. Assim a espessura da
camada seletiva da membrana diminuiria causando um aumento no fluxo permeado e,
dependendo da profundidade, uma diminuição da retenção salina. Entretanto, através dos
resultados dos experimentos 3.1 e 3.2, verificou-se que as etapas de limpeza não alteraram
significativamente os resultados de performance da membrana. A idéia de ataque das
monocloraminas exclusivamente na superfície da membrana também foi descartada pois
verificou-se que ocorre permeação de monocloraminas através da membrana.
Como as limpezas ácida e básica não alteraram significativamente os resultados de
performance da membrana, optou-se por utilizar apenas uma limpeza com água nos
experimentos subsequentes e os testes de retenção salina foram realizados apenas após as
limpezas.
Mesmo tendo sido observadas alterações significativas na performance da membrana,
durante o Experimento 3.2, optou-se em aumentar a concentração de monocloraminas no
Experimento 3.3 para 500ppm, com a finalidade de verificar se nesta condição alguma
alteração na retenção salina é observada.
No Experimento 3.3 foram realizadas exposições à altas concentração intercaladas por
caracterizações através de testes de retenção, conforme descrito no Capítulo 3. O tempo total
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 81
de exposição foi de 40 horas com uma concentração inicial de 500ppm de monocloraminas.
Nas Figura 4.21 e Figura 4.22 são apresentados os resultados obtidos para retenção salina e
fluxo permeado. Cabe salientar que os resultados foram normalizados em relação aos valores
iniciais para a membrana nova.
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1.00
1.01
0 6 12 18 30 40
Tempo de Exposição (h)
Retenção Salina Normaliozada
ACM ACM CPA
Figura 4.21: Resultados de Retenção Salina para Exposições da Membrana a Altas
Concentrações de Monocloraminas.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 6 12 18 30 40
Tempo de Exposição (h)
Fluxo Permeado Normalizado
ACM ACM CPA
Figura 4.22: Resultados de Fluxo Permeado para Exposições da Membrana a Altas
Concentrações de Monocloraminas.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 82
Os resultados do Experimento 3.3 demonstram que, assim como observado nos
experimentos com baixa concentração de monocloraminas, o fluxo permeado aumentou com
o decorrer do tempo de exposição. Já nas primeiras 6 horas observou-se um aumento médio
de 33% do fluxo permeado para as membranas ACM e de 27% para a CPA e atingiu-se no
final de 40 horas de exposição um aumento de 163% para as ACM e 121% para a CPA. As
duas membranas ACM foram retiradas de um mesmo módulo espiral, entretanto estes pedaços
podem apresentar pequenas diferenças na espessura da camada seletiva e na constituição.
Logo, as diferenças entre os resultados das duas membranas ACM podem ser
desconsiderados, já que não são observadas diferenças na tendência dos resultados. Já as
diferenças entre as membranas ACM e CPA certamente estão relacionadas às características
de fabricação, tais como espessura da camada seletiva e componentes adicionais na
constituição da membrana.
A retenção salina do Experimento 3.3, ao contrário dos experimentos com baixa
concentração, apresentou um comportamento ambíguo. Nas primeiras 6 horas de exposição
parece haver um aumento da retenção salina. Em seguida, há uma diminuição da retenção
salina com o decorrer do tempo de exposição. A aparente melhora da membrana após a
exposição trata-se de um fenômeno de degradação inicial já observada por Adams (1990) e
Bettiol (2004).
Adams (1990) estudou o efeito do dióxido de cloro sobre membranas de PA em
experimentos de longa duração com baixas concentrações de oxidante. Conforme ilustrado na
Figura 4.23, ele observou inicialmente um aumento na retenção de sais, até atingir um valor
máximo. Em seguida, observou a queda da retenção salina, indicando a progressiva
degradação da membrana de PA. Bettiol (2004) também estudou o efeito do dióxido de cloro
em membranas de PA, entretanto utilizou concentrações mais elevadas. Em seus estudos
foram observados resultados semelhantes aos encontrados por Adams (1990).
Nos experimentos realizados por Adams (1990) foram utilizadas membranas com uma
retenção salina inicial de 95% sendo observada uma melhora inicial para valores próximos a
98,5% que não deixam dúvida quanto à significância do resultado. Já nos experimentos do
presente trabalho foram utilizadas membranas com uma retenção salina inicial entre 98,5 e
99,5%, logo, a melhora inicial da retenção salina não pode ser tão pronunciada quanto a
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 83
observada por Adams (1990) deixando em dúvida a significância do resultado. Entretanto, foi
avaliado o desvio padrão dos resultados de retenção salina, que são apresentados no Apêndice
A, e, tendo em vista estes valores, conclui-se que a melhora inicial da retenção salina é
significante.
Esta melhora inicial sugere que a degradação da membrana ocorra em duas etapas,
reforçando as idéias propostas por Avlonitis, Hanbury e Hodgkiess (1992) sobre o mecanismo
de degradação da membrana de PA. Glater, Hong e Elimelech (1994) complementam esta
teoria, explicando que esta primeira etapa da degradação, promove apenas uma deformação
das cadeias poliméricas, que pode não resultar em alterações no desempenho da membrana,
ao contrário da segunda etapa, onde ocorre a depolimerização devido a quebra das pontes de
amida.
A melhora inicial da retenção salina pode ser explicada pelo fato de que alterações na
estrutura da membrana causam um aumento no fluxo permeado implicando na maior
passagem de solvente em relação ao soluto, já que soluto e solvente não possuem o mesmo
mecanismo de permeação. Ou seja, a membrana sofre um processo oxidativo mas continua
mantendo características de seletividade. Posteriormente, a estrutura da membrana é
totalmente degenerada demostrando diminuição da seletividade e aumento do fluxo
permeado.
Figura 4.23: Retenção em Função do Tempo para o Experimento Realizado por Adams
(1990).
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 84
Relacionando as observações feitas por Avlonitis, Hanbury, e Hodgkiess (1992),
Adams (1990), Bettiol (2004) e os resultados obtidos nos experimentos do presente trabalho,
pode-se concluir que o efeito das monocloraminas sobre as membranas de PA respeita o
mesmo mecanismo de degradação observado para o cloro e dióxido de cloro. Entretanto o
nível de agressividade observado para a monocloramina parece ser inferior ao do cloro e do
dióxido de cloro.
Para avaliar a agressividade dos oxidantes cloro, dióxido de cloro e monocloraminas
na degradação da membrana de PA, utilizou-se os dados obtidos por Silva (2001), Bettiol
(2004) e os resultados do presente trabalho e comparou-se o tempo necessário para a redução
da performance da membrana em 1%, para soluções com uma concentração de 500ppm de
oxidante. Na Figura 4.24 é apresentado esta comparação onde pode-se observar que
monocloraminas necessitam um tempo muito maior que cloro e dióxido de cloro para atingir a
degradação sugerida. Logo, o efeito oxidativo das monocloraminas sobre as membranas de
PA é menor que o do cloro e do dióxido de cloro.
6 h
16 h
30 h
0 h
5 h
10 h
15 h
20 h
25 h
30 h
35 h
Cloro Dióxido de Cloro Monocloramina
Figura 4.24: Tempo Necessário para Redução da Performance da Membrana PA em
1% para Soluções com uma Concentração de 500ppm de Oxidante.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 85
4.3.3 Exposição das Membranas à Soluções de Monocloraminas
Contendo Íons Ferro e Alumínio
Em uma nova etapa deste trabalho investigou-se a existência de algum efeito catalítico
na oxidação da membrana causado pela presença de residuais de alumínio e ferro na solução
de monocloraminas. Decidiu-se estudar estes metais pois são os principais metais adicionados
nas etapas de floculação no tratamento de águas.
O conceito formal de catalisador é qualquer substância que, com pequena quantidade,
proporciona notável efeito de aceleração na velocidade de reação sem, ela própria, sofrer
alteração química ou ser apreciavelmente consumida, segundo Satterfield (1996).
Silva (2001) estudou o efeito catalítico do ferro e do alumínio na oxidação de
membranas de PA expostas ao cloro na concentração de 500ppm. O aumento no fluxo
permeado e a redução na retenção salina demostraram uma agressiva degradação da
membrana. Também pode-se concluir que um aumento da concentração dos metais em
solução proporciona um aumento na degradação da membrana pelo cloro. A concentração
máxima de metais utilizada foi de 0,26ppm.
Gabelich et al. (2002) estudaram membranas de OI expostas à soluções contendo
cloreto férrico e cloraminas. Os resultados demostraram aumento no fluxo específico com o
decorrer do tempo e diminuição na retenção salina, o que sugere uma degradação da
membrana e um possível efeito catalítico do ferro. Este resultado mostrou-se duvidoso em
testes complementares, com a utilização de cloreto férrico na ausência de cloraminas, onde
também foram observados aumentos de fluxo e diminuição da retenção salina.
Posteriormente Gabelich et al. (2005) estudaram a oxidação de membranas de PA
usando monocloraminas e Fe(II). Apesar de suas idéias não serem muito claras, ele conclui
que um produto da degradação da reação entre monocloramina e Fe(II) acelera a cloração da
membrana de PA.
O Experimento 3.4 teve como objetivo estudar o efeito catalítico do ferro na
degradação da membrana pela monocloramina. A solução de monocloramina foi preparada
com uma concentração de 500ppm e adicionou-se 0,05ppm de ferro. Após exposições de 6
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 86
horas de duração realizou-se medidas de concentração de ferro e observou-se valores médios
de 0,3ppm, 6 vezes maior que a concentração inicial. Isto inviabilizou o estudo da influência
do ferro como catalisador da oxidação da membrana já que, atingida a quantidade necessária
para proporcionar o aumento na velocidade da reação, o excesso atua como inerte. Além
disso, deseja-se que a concentração de ferro seja constante durante o experimento.
Este aumento da concentração de ferro durante o Experimento 3.4 pode ser explicado
pela oxidação das partes metálicas da unidade de OI causada pela alta concentração de
monocloraminas. Como já foi citado no Capítulo 2, ferro metálico pode ser utilizado como
uma alternativa de descloração da água. Entretanto, segundo Özdemir e Tüfekci (1996), este
método promove a oxidação do ferro para que o cloro seja reduzido a cloreto.
Eisnor e Gagnon (2004) e Volk et al. (2000) estudaram a corrosão do ferro causada
pelos desinfetantes cloro livre, monocloramina e dióxido de cloro. Seus resultados indicam
que cloro livre e monocloraminas aumentam consideravelmente a corrosão quando
comparados com testes de controle utilizando somente água ou soluções de cloreto. Os
resultados de Eisnor e Gagnon (2004) e Özdemir e Tüfekci (1996) também demostram
aumento da concentração de ferro em solução. Estes resultados justificam o aumento de
concentração de ferro observados durante o Experimento 3.4.
Consequentemente as experiências realizadas anteriormente sem adição externa do
ferro, Experimento 3.1, 3.2 e 3.3, certamente incorporaram o ferro pela oxidação do
equipamento. Assim o efeito catalítico do ferro na degradação da membrana já pode ter
ocorrido nestes experimentos.
Análises de EDS das três membranas do Experimento 3.3, apresentadas na Tabela
4.3, foram realizadas para identificar o acúmulo de ferro na superfície da membrana. Também
foram realizadas análises de EDS de membranas novas, apresentadas na Tabela 4.4, para
comparação dos resultados. Os dados das análises de EDS mostrados nas tabelas estão
apresentados em porcentagem mássica. As Figura 4.25 e Figura 4.26 mostram algumas
imagens destas membranas.
O resultado da análise de EDS das membranas do Experimento 3.3 demonstrou um
alto teor de carbono e enxofre que é proveniente da constituição da membrana de PA.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 87
Pequenas quantidades de alumínio foram identificadas, entretanto este componente pode fazer
parte dos aditivos utilizados na fabricação da membrana ou até mesmo erro experimental. Já a
presença de ferro e cromo confirmam as suspeitas de oxidação das partes metálicas (aço
inoxidável) da unidade de OI pelas monocloraminas e posterior acúmulo na superfície da
membrana.
Tabela 4.3: Análises de EDS das Membranas do Experimento 3.3.
Membranas
Íon
ACM
(% mássica)
ACM
(% mássica)
CPA
(% mássica)
C 78,30 80,91 78,60
Na ND ND ND
Al 0,05 0,13 0,15
Si 0,09 ND ND
S 16,36 15,76 16,28
Cl 3,96 1,19 ND
Cr 0,52 0,09 0,21
Fe 0,71 1,92 4,76
ND = Não Identificado
Tabela 4.4: Análises de EDS das Membranas Novas.
Membranas
Íon
ACM
(% mássica)
CPA
(% mássica)
C 83,89 81,85
Na ND ND
Al ND 0,34
Si ND ND
S 16,11 16,25
Cl ND 1,57
Cr ND ND
Fe ND ND
ND = Não Identificado
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 88
(a) (b)
Figura 4.25: Fotomicrografias da Superfície de Membranas de PA Novas com 75x de
Magnificação; (a) Membrana CPA; (b) Membrana ACM.
(a) (b)
Figura 4.26: Fotomicrografias da Superfície de Membranas do Experimento 3.3 com
75x de Magnificação; (a) Membrana ACM; (b) Membrana CPA.
Devido a este aumento da quantidade de ferro durante os experimentos decidiu-se não
concluir o Experimento 3.4, já que o resultados não poderiam ser comparados com aqueles
obtidos em experimentos livres de ferro na solução de alimentação do sistema de OI.
Apesar da presença de ferro na solução durante os experimentos, realizou-se o
Experimento 3.5 para verificar a influência do alumínio como catalisador da degradação da
membrana pela monocloramina. Realizou-se exposições de 40 horas com uma concentração
inicial de 500ppm de monocloramina para três membranas. Para cada membrana adicionou-se
uma determinada concentração de alumínio correspondente aos valores 0,05, 0,10 e 0,26ppm.
As exposições foram intercaladas por caracterizações através de testes de retenção assim
como no Experimento 3.3.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 89
Nas Figura 4.27 e Figura 4.28 são apresentados os resultados normalizados de
retenção salina e fluxo permeado das membranas expostas às monocloraminas na presença de
alumínio. As membranas expostas às soluções de monocloramina com concentrações
diferentes de alumínio apresentaram comportamento semelhante para o fluxo permeado e a
retenção salina, sendo o resultado similar ao observado nas soluções livres de alumínio.
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1.00
1.01
0 6 12 18 30 40
Tempo de Exposição (h)
Retenção Salina Normalizada
0,05ppm Al 0,10ppm Al 0,25ppm Al
Figura 4.27: Resultados de Retenção Salina em Função do Tempo de Exposição do Teste
com Alumínio.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 6 12 18 30 40
Tempo de Exposição (h)
Fluxo Permeado Normalizado
0,05ppm Al 0,10ppm Al 0,25ppm Al
Figura 4.28: Resultados de Fluxo Permeado em Função do Tempo de Exposição do
Teste com Alumínio.
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 90
Não foram realizadas análises da concentração do ferro presente na solução do
Experimento 3.5, mas sabe-se que a concentração é significativa e da ordem de 0,3ppm.
Análises de EDS foram realizadas para confirmar a presença de ferro na superfície das
membranas. Na Tabela 4.5 são apresentados os resultados obtidos e na Figura 4.29 são
mostradas algumas imagens das membranas. Assim como no Experimento 3.3 a presença de
ferro e cromo confirma as suspeitas de oxidação das partes metálicas da unidade e posterior
acúmulo na superfície da membrana. Quantidades maiores de alumínio foram detectadas já
que a solução de monocloraminas continha este componente. Estes resultados demostram que
tanto o ferro como a alumínio estão disponíveis na superfície da membrana para promover a
catálise na oxidação da membrana.
Tabela 4.5: Análises de EDS das Membranas do Experimento 3.5.
Membranas
Íon
Exper. 3.5-A
(% mássica)
Exper. 3.5-B
(% mássica)
Exper. 3.5-C
(% mássica)
C 83,01 78,92 80,64
Na ND ND 0,38
Al 0,35 0,63 0,68
Si 1,45 2,35 1,57
S 14,36 14,90 13,59
Cl ND 0,95 1,50
Cr 0,03 0,47 0,16
Fe 0,81 1,78 1,46
ND = Não Identificado
4.3 EXPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS ÀS MONOCLORAMINAS 91
(a) (b)
Figura 4.29: Fotomicrografias da Superfície de Membranas do Experimento 3.5 com
75x de Magnificação; (a) Membrana do Experimento 3.5-A; (b) Membrana
do Experimento 3.5-B.
Devido a presença de ferro em solução pode-se chegar a duas conclusões: ou o
alumínio não atua como catalisador da degradação da membrana ou a quantidade de ferro
supre a quantidade necessária para proporcionar a catálise, tornando a presença do alumínio
sem efeito.
Capítulo 5
Conclusões e Sugestões
As conclusões deste trabalho e sugestões para o desenvolvimento de trabalhos futuros
são apresentadas neste capítulo. Cabe salientar que as conclusões obtidas têm a sua validade
delimitada pelas metodologias experimentais empregadas.
5.1 Conclusões
Os resultados obtidos para avaliar os métodos analíticos de cloraminas demonstraram
que o método UV, além de ser simples, rápido e não necessitar de reagentes auxiliares,
apresenta uma ótima reprodutibilidade.
Para a preparação de uma solução rica em monocloraminas e sem nenhum residual de
cloro livre é necessária a condição de pH igual ou superior a 8 e um excesso de cloreto de
amônio. A presença de hipoclorito de sódio em excesso nesta condição de pH causa um
consumo de monocloraminas até este ser completamente consumido.
Na reação de formação de monocloraminas, o tempo necessário para o completo
consumo de hipoclorito é dependente das proporções de reagentes utilizados. Se for utilizado
um excesso de 20% de cloreto de amônio, já nos 5 minutos iniciais observa-se um consumo
total, entretanto, se for utilizado um excesso de 20% de hipoclorito de sódio, é necessário pelo
menos 1 hora.
Foi comprovado que a principal causa da variação da concentração de monocloramina
em solução é devido à evaporação, sendo necessário para sua preservação mantê-las em um
5.1 CONCLUSÕES 93
ambiente fechado. Fatores externos como luz e temperatura ambiente e a decomposição de
monocloraminas não influenciam significativamente na variação da concentração quando
comparados com a evaporação.
As membranas de poliamida, operando em um sistema de OI alimentado com uma
solução de monocloraminas em concentração em torno de 500ppm, são degradadas. Esta
degradação é evidenciada pela diminuição do desempenho da membrana em termos de
redução da qualidade e aumento da produção do permeado.
O efeito das monocloraminas no desempenho das membranas de PA pode ser separado
em duas etapas. Inicialmente observa-se um aumento na retenção de sais até que um valor
máximo seja atingido. Em seguida, inicia a queda da retenção salina, indicando a progressiva
degradação da membrana. Uma possível explicação para este fato é que inicialmente as
monocloraminas promovem uma deformação da cadeia polimérica e, em uma segunda etapa,
ocorre a depolimerização devido a quebra das pontes de amida pelas monocloraminas. Uma
outra teoria completa esta explicação propondo que inicialmente há uma mudança da estrutura
da membrana pela transformação das regiões cristalinas do polímero em regiões amorfas.
Numa segunda etapa o oxidante ataca as regiões amorfas resultando numa maior passagem de
sal.
Relacionando os dados de tempo de exposição e concentração de outros desinfetantes,
em estudos anteriormente citados neste trabalho, e comparando com resultados obtidos nos
experimentos com monocloraminas, pode-se concluir que o efeito das monocloraminas sobre
as membranas de PA respeita o mesmo mecanismo de degradação observado para o cloro e
dióxido de cloro. Entretanto o nível de agressividade observado para as monocloraminas
parece ser inferior ao do cloro e do dióxido de cloro.
Soluções de monocloraminas causam a oxidação de partes metálicas da unidade OI
incorporando ferro à solução. Análises de MEV/EDS demostraram depósitos de ferro sobre a
superfície das membranas expostas à estas soluções. Por este motivo não foi possível concluir
sobre o efeito dos metais ferro e alumínio como catalisadores da degradação da membrana.
5.2 SUGESTÕES 94
5.2 Sugestões
Algumas questões foram levantadas durante este trabalho que sugerem o
desenvolvimento dos seguintes estudos:
· avaliação da pressão de vapor de monocloraminas com uma maior exatidão;
· repetição dos experimentos de exposição das membranas de PA à soluções de
monocloraminas em uma unidade de OI que não apresente partes metálicas
sujeitas ao ataque oxidativo das monocloraminas para eliminar a presença de ferro;
· avaliação do efeito oxidativo das monocloraminas sobre plantas industriais de
tratamento de água;
· estudo do efeito das monocloraminas sobre as membranas de PA em
concentrações mais próximas da utilizada em estações de tratamento de água com
um tempo de exposição maior;
· devido a um aumento de aproximadamente 50% do fluxo permeado sem o
comprometimento da qualidade, nas etapas inicias de exposição às
monocloraminas, propõem-se realizar um tratamento químico em membranas de
PA, com soluções de monocloraminas, até atingir tal qual efeito e posteriormente
avaliar a vida útil destas membranas sob condições normais de uma planta
industrial de tratamento de água;
· modelar a relação entre a variável combinada concentração x tempo (ppm.h) e a
degradação da membrana de poliamida causada pelos oxidantes cloro, dióxido de
cloro e cloraminas;
· realizar uma avaliação econômica da utilização das monocloraminas em unidades
de osmose inversa.
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Environmental Microbiology, v. 48, p. 395-403, 1994.
Apêndice A
Dados Experimentais
Tabela A.1: Experimento 1.1, dados para a obtenção da curva de calibração do método DPD.
Concentração de Cl
2
(ppm) Absorbância
0,050 0,0100
0,075 0,0190
0,100 0,0260
0,250 0,0678
0,500 0,1318
1,000 0,2616
2,000 0,5005
3,000 0,7365
4,000 0,9375
Tabela A.2: Experimento 1.2, avaliação da reprodutibilidade do método DPD colorimétrico
para amostras preparadas sob mesmas condições.
Amostras Absorbânica Concentração da solução
diluída (ppm de cloro)
Concentração real
(ppm de cloro)
1 0,2863 1,16 116
2 0,2400 0,97 97
3 0,2623 1,06 106
4 0,2495 1,01 101
Tabela A.3: Experimento 1.3, avaliação da reprodutibilidade do método UV para amostras
preparadas sob mesmas condições.
Amostra Absorbância
em 231nm
Absorbância
em 245nm
Concetração de
monocloramina (ppm)
Concetração de
dicloramina (ppm)
1 0,6206 0,4595 71,07 2,58
2 0,6184 0,4588 70,76 2,75
3 0,6306 0,4535 72,95 0,00
DADOS EXPERIMENTAIS 103
Tabela A.4: Experimento 2.1, avaliação da variação da concentração das monocloraminas
devido a evaporação.
Tempo (horas) Concentração de monocloraminas no
frasco aberto (ppm)
Concentração de monocloraminas no
frasco fechado (ppm)
0:00 67,96 67,96
0:30 65,74 67,59
1:00 64,99 67,57
1:30 63,46 67,62
2:00 61,76 67,49
2:30 60,48 67,52
3:00 59,15 67,50
3:30 57,30 67,54
Tabela A.5: Experimento 2.2, avaliação do tempo necessário para a conversão máxima na
reação de formação de monocloraminas com excesso de cloreto de amônio.
Tempo (min)
Concentração de
monocloraminas
(ppm)
Tempo (min)
Concentração de
monocloraminas
(ppm)
1 70,03 24 70,06
2 70,09 25 69,98
3 70,12 26 70,03
4 70,15 27 70,03
5 70,07 28 70,04
6 70,13 29 70,01
7 70,15 30 70,06
8 70,10 31 70,01
9 70,11 32 69,95
10 70,06 33 69,98
11 70,14 34 -
12 69,97 35 69,99
13 - 36 70,05
14 70,01 37 70,05
15 70,10 38 69,99
16 70,10 39 70,00
17 70,06 40 69,98
18 70,02 41 69,97
19 70,05 42 70,02
20 70,05 43 69,96
21 70,07 44 70,03
22 70,05 45 69,99
23 69,99
DADOS EXPERIMENTAIS 104
Tabela A.6: Experimento 2.3, avaliação do tempo necessário para a conversão máxima na
reação de formação de monocloraminas com excesso de hipoclorito de sódio.
Tempo (min) Concentração de
monocloraminas (ppm)
Concentração de dicloraminas
(ppm)
5 90,90 4,04
10 89,82 4,33
15 89,02 4,42
20 88,21 4,52
25 87,60 4,61
30 86,99 4,61
35 86,23 4,76
40 85,97 4,76
45 85,77 4,81
50 85,65 4,84
55 85,56 4,86
60 85,49 4,86
65 85,39 4,90
Tabela A.7: Experimento 3.1 – R1, avaliação do desempenho da membrana nova utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
3,0328 3910 1825 33,8 17,7 99,0
3,0053 3910 1825 33,6 17,6 99,0
3,0053 3910 1825 33,5 17,5 99,0
2,9944 3910 1825 32,2 16,9 99,1
Tabela A.8: Experimento 3.1 – R2, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
2,4818 4020 1876 40,0 20,5 98,9
2,5786 4050 1890 38,3 19,8 99,0
2,5746 4040 1886 37,1 19,2 99,0
2,5547 4020 1876 35,9 18,6 99,0
DADOS EXPERIMENTAIS 105
Tabela A.9: Experimento 3.1 – R3, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
2,8947 3870 1806 34,2 17,8 99,0
2,8597 3850 1797 32,9 17,2 99,0
2,8063 3840 1792 31,5 16,6 99,1
2,8498 3840 1792 31,5 16,6 99,1
Tabela A.10: Experimento 3.1 – R4, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
2,9100 3850 1797 36,4 18,9 99,0
2,8158 3890 1816 35,2 18,3 99,0
2,8400 3910 1825 34,2 17,8 99,0
2,9411 3930 1834 34,5 18,0 99,0
Tabela A.11: Experimento 3.1 – R5, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
2,8846 3890 1816 41,7 21,3 98,8
2,9203 3890 1816 37,5 19,4 98,9
2,8352 3920 1830 36,6 19,0 99,0
2,8746 3920 1830 35,5 18,4 99,0
DADOS EXPERIMENTAIS 106
Tabela A.12: Experimento 3.2 – R1, avaliação do desempenho da membrana nova utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
3,3058 3850 1797 40,9 21,0 98,8
3,4080 3850 1797 39,5 20,3 98,9
3,2601 3840 1792 38,5 19,8 98,9
3,3058 3870 1806 38,5 19,8 98,9
Tabela A.13: Experimento 3.2 – R2, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,0913 3850 1797 42,5 21,7 98,8
4,1117 3860 1802 42,8 21,8 98,8
4,1322 3860 1802 41,7 21,3 98,8
4,1530 3860 1802 41,5 21,2 98,8
Tabela A.14: Experimento 3.2 – R3, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,0812 3880 1811 35,3 18,4 99,0
4,1117 3890 1816 35,6 18,5 99,0
4,0812 3880 1811 37 19,1 98,9
4,1015 3880 1811 37 19,1 98,9
DADOS EXPERIMENTAIS 107
Tabela A.15: Experimento 3.2 – R4, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,1322 3880 1811 42,3 21,6 98,8
4,1740 3880 1811 41,2 21,1 98,8
4,1322 3880 1811 40,5 20,8 98,9
4,1740 3840 1792 40 20,5 98,9
Tabela A.16: Experimento 3.2 – R5, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,2710 4090 1909 37,8 19,5 99,0
4,3843 3930 1834 37,3 19,3 98,9
4,3960 4050 1890 37,5 19,4 99,0
4,4433 4070 1900 37,4 19,3 99,0
Tabela A.17: Experimento 3.3 – membrana ACM – R1, avaliação do desempenho da
membrana nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
3,1971 3860 1802 49,4 24,9 98,6
3,1187 3860 1802 48,1 24,3 98,7
3,1604 3880 1811 47,1 23,9 98,7
3,1909 3880 1811 47,5 24,0 98,7
DADOS EXPERIMENTAIS 108
Tabela A.18: Experimento 3.3 – membrana ACM – R2, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,4552 4010 1872 42,2 21,6 98,8
4,3383 4040 1886 44,1 22,5 98,8
4,3156 4060 1895 43,3 22,1 98,8
4,2600 4090 1909 46,0 23,3 98,8
Tabela A.19: Experimento 3.3 – membrana ACM – R3, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
5,5096 3850 1797 47,4 24,0 98,7
5,5841 3850 1797 49,5 25,0 98,6
5,5653 3870 1806 50,1 25,3 98,6
5,5096 3860 1802 49,3 24,9 98,6
Tabela A.20: Experimento 3.3 – membrana ACM – R4, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,6381 3880 1811 64,1 31,8 98,2
6,3818 3900 1820 61,3 30,5 98,3
6,3818 3900 1820 62,0 30,8 98,3
6,4066 3900 1820 62,3 30,9 98,3
DADOS EXPERIMENTAIS 109
Tabela A.21: Experimento 3.3 – membrana ACM – R5, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,3269 4080 1904 99,3 48,2 97,5
8,0433 3770 1760 86,6 42,3 97,6
8,2029 3710 1732 90,0 43,9 97,5
8,3691 3860 1802 90,6 44,1 97,6
Tabela A.22: Experimento 3.3 – membrana ACM – R6, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,1024 3890 1816 107,6 52,1 97,1
8,1024 3890 1816 106,9 51,7 97,2
8,8390 3890 1816 103,7 50,2 97,2
8,4764 3890 1816 106,1 51,4 97,2
Tabela A.23: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R1, avaliação do desempenho da
membrana nova utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
3,6731 3880 1811 63,3 31,4 98,3
3,7737 3880 1811 67,3 33,3 98,2
3,8350 3920 1830 65,3 32,3 98,2
3,5932 3910 1825 65,7 32,5 98,2
DADOS EXPERIMENTAIS 110
Tabela A.24: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R2, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
4,8472 3850 1797 58,3 29,1 98,4
4,7910 3890 1816 58,8 29,3 98,4
4,7910 3890 1816 58,9 29,4 98,4
4,7910 3900 1820 59,8 29,8 98,4
Tabela A.25: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R3, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
5,9032 3940 1839 64,9 32,2 98,3
6,0105 3960 1848 63,5 31,5 98,3
6,3329 4030 1881 69,6 34,3 98,2
6,1218 4030 1881 68,6 33,9 98,2
Tabela A.26: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R4, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,6649 3840 1792 78,4 38,4 97,9
6,8585 3890 1816 80,6 39,5 97,8
6,8871 3900 1820 82,0 40,1 97,8
6,8301 3950 1844 83,3 40,7 97,8
DADOS EXPERIMENTAIS 111
Tabela A.27: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R5, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
7,8709 3960 1848 123,7 59,6 96,8
7,8709 4000 1867 124,8 60,1 96,8
8,1423 4040 1886 123,7 59,6 96,8
8,1826 4020 1876 126,3 60,8 96,8
Tabela A.28: Experimento 3.3 – 2
a
membrana ACM – R6, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
9,7229 3970 1853 160,2 76,6 95,9
9,7804 4020 1876 165,2 78,9 95,8
9,7229 4080 1904 170,1 81,2 95,7
9,7804 3910 1825 154,6 74,0 95,9
Tabela A.29: Experimento 3.3 – membrana CPA – R1, avaliação do desempenho da
membrana utilizando nova solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,5852 3940 1839 40,6 20,8 98,9
6,5591 3980 1858 40,3 20,7 98,9
6,5332 3970 1853 40,5 20,8 98,9
6,5852 3970 1853 41,0 21,0 98,9
DADOS EXPERIMENTAIS 112
Tabela A.30: Experimento 3.3 – membrana CPA – R2, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,5642 3910 1825 41,7 21,3 98,8
8,2645 3950 1844 41,7 21,3 98,8
8,3479 4000 1867 41,5 21,2 98,9
8,1826 4010 1872 41,8 21,4 98,9
Tabela A.31: Experimento 3.3 – membrana CPA – R3, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
9,1827 3830 1788 47,2 23,9 98,7
9,0818 3920 1830 47,2 23,9 98,7
8,7920 3980 1858 49,0 24,7 98,7
8,7920 3950 1844 48,8 24,6 98,7
Tabela A.32: Experimento 3.3 – membrana CPA – R4, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
9,6098 3870 1806 54,5 27,3 98,5
9,5543 3920 1830 54,6 27,4 98,5
9,4451 3940 1839 56,0 28,0 98,5
9,6098 3960 1848 55,0 27,5 98,5
DADOS EXPERIMENTAIS 113
Tabela A.33: Experimento 3.3 – membrana CPA – R5, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
11,8913 3890 1816 73,0 35,9 98,0
11,8064 3920 1830 74,0 36,4 98,0
11,8064 3930 1834 73,8 36,3 98,0
11,8913 3940 1839 74,0 36,4 98,0
Tabela A.34: Experimento 3.3 – membrana CPA – R6, avaliação do desempenho da
membrana utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
14,3730 3870 1806 128,4 61,8 96,6
14,4991 3940 1839 118,2 57,0 96,9
14,6274 3980 1858 122,3 58,9 96,8
14,6274 3980 1858 120,8 58,2 96,9
Tabela A.35: Experimento 3.5 – A – R1, avaliação do desempenho da membrana nova
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
5,5841 3870 1806 22,6 12,4 99,3
5,6996 3880 1811 22,3 12,3 99,3
5,6996 3900 1820 21,8 12,1 99,3
5,7392 3940 1839 21,8 12,1 99,3
DADOS EXPERIMENTAIS 114
Tabela A.36: Experimento 3.5 – A – R2, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,8301 3870 1806 26,6 14,3 99,2
7,0038 3940 1839 26,9 14,4 99,2
7,0038 3960 1848 28,4 15,1 99,2
6,8301 3930 1834 28,9 15,4 99,2
Tabela A.37: Experimento 3.5 – A – R3, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,2233 3800 1774 31,6 16,6 99,1
8,1423 3800 1774 32,4 17,0 99,0
8,2645 3850 1797 32,8 17,2 99,0
8,1826 3890 1816 33,8 17,7 99,0
Tabela A.38: Experimento 3.5 – A – R4, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,8390 4080 1904 50,1 25,3 98,7
8,8865 3940 1839 48,2 24,4 98,7
8,8865 3940 1839 47,7 24,1 98,7
8,7920 3940 1839 48,7 24,6 98,7
DADOS EXPERIMENTAIS 115
Tabela A.39: Experimento 3.5 – A – R5, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
9,9572 4050 1890 78,8 38,6 98,0
10,1404 4100 1913 81,7 40,0 97,9
10,2030 4030 1881 80,8 39,6 97,9
10,1404 4090 1909 77,8 38,2 98,0
Tabela A.40: Experimento 3.5 – A – R6, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
11,5587 3850 1797 84,0 41,1 97,7
11,5587 3850 1797 83,8 41,0 97,7
11,3993 3850 1797 83,3 40,7 97,7
11,6401 3850 1797 83,1 40,6 97,7
Tabela A.41: Experimento 3.5 – B – R1, avaliação do desempenho da membrana nova
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,4315 3920 1830 32,8 17,2 99,1
6,3573 3950 1844 35,0 18,2 99,0
6,3329 3950 1844 34,8 18,1 99,0
6,3818 3950 1844 35,1 18,3 99,1
DADOS EXPERIMENTAIS 116
Tabela A.42: Experimento 3.5 – B – R2, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,0238 3890 1816 36,0 18,7 99,0
8,1826 3850 1797 36,0 18,7 99,0
8,0238 3880 1811 35,9 18,6 99,0
7,8709 3920 1830 36,3 18,8 99,0
Tabela A.43: Experimento 3.5 – B – R3, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,6994 3860 1802 35,2 18,3 99,0
8,5642 3880 1811 37,6 19,4 98,9
8,5642 3890 1816 37,7 19,5 98,9
8,5201 3920 1830 39,0 20,1 98,9
Tabela A.44: Experimento 3.5 – B – R4, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,6994 3900 1820 46,4 23,5 98,7
8,8390 3940 1839 46,9 23,8 98,7
8,8865 3940 1839 46,1 23,4 98,7
8,7455 3880 1811 47,1 23,9 98,7
DADOS EXPERIMENTAIS 117
Tabela A.45: Experimento 3.5 – B – R5, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
10,5280 3900 1820 58,4 29,1 98,4
10,3306 3900 1820 58,4 29,1 98,4
10,2030 3940 1839 59,5 29,6 98,4
10,2030 3910 1825 59,5 29,6 98,4
Tabela A.46: Experimento 3.5 – B – R6, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
11,6401 3920 1830 70,6 34,8 98,1
11,8064 3920 1830 73,0 35,9 98,0
11,6401 3920 1830 73,3 36,1 98,0
11,6401 3920 1830 72,0 35,5 98,1
Tabela A.47: Experimento 3.5 – C – R1, avaliação do desempenho da membrana nova
utilizando solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
6,8020 3890 1816 41,5 21,2 98,8
6,6649 3930 1834 42,7 21,8 98,8
6,8871 3920 1830 42,6 21,8 98,8
6,8871 4020 1876 42,5 21,7 98,8
DADOS EXPERIMENTAIS 118
Tabela A.48: Experimento 3.5 – C – R2, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,3903 3950 1844 49,3 24,9 98,7
8,3903 3990 1862 41,5 21,2 98,9
8,2645 4000 1867 40,7 20,9 98,9
8,1826 4000 1867 41,5 21,2 98,9
Tabela A.49: Experimento 3.5 – C – R3, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
9,1827 3930 1834 42,2 21,6 98,8
9,3914 3990 1862 43,4 22,1 98,8
9,1827 3950 1844 45,0 22,9 98,8
9,1827 3950 1844 43,5 22,2 98,8
Tabela A.50: Experimento 3.5 – C – R4, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
8,2233 3960 1848 56,6 28,3 98,5
8,2645 3970 1853 58,3 29,1 98,4
8,1826 3940 1839 57,8 28,8 98,4
8,1826 3990 1862 57,1 28,5 98,5
DADOS EXPERIMENTAIS 119
Tabela A.51: Experimento 3.5 – C – R5, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
12,1536 3880 1811 68,2 33,7 98,1
12,1536 3890 1816 72,0 35,5 98,0
12,0649 3880 1811 73,0 35,9 98,0
12,2436 3880 1811 72,2 35,6 98,0
Tabela A.52: Experimento 3.5 – C – R6, avaliação do desempenho da membrana utilizando
solução contendo 2000 ppm de NaCl.
Fluxo de
permeado
10
6
(m
3
.m
-2
.s
-1
)
Condutividade
elétrica da
alimentação
(mS.cm
-1
)
Concentração
de NaCl da
alimentação
(ppm)
Condutividade
elétrica do
permeado
(ms.cm
-1
)
Concentração
de NaCl no
permeado
(ppm)
Retenção
de NaCl
(%)
13,4382 3910 1825 99,1 48,1 97,4
13,4382 3920 1830 101,0 49,0 97,3
13,3298 3950 1844 100,0 48,5 97,4
13,3298 3940 1839 100,1 48,6 97,4
Anexo A
Dados dos Fabricantes Sobre as Membranas
DADOS DOS FABRICANTES SOBRE AS MEMBRANAS 121
DADOS DOS FABRICANTES SOBRE AS MEMBRANAS 122
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