Como consequência, o pH afeta a performance de rejeição da membrana, dado que a carga influencia a repulsão eletrostática entre os íons ou moléculas carregadas e a superfície da membrana. Adicionalmente, devido à dissociação de grupos funcionais da membrana, o pH do sistema pode afetar a sua “abertura”. Isso afeta o mecanismo de exclusão de materiais particulados e sais devido ao tamanho dos poros da membrana. Finalmente, a interação de colóides dissolvidos com a membrana e subsequente incrustação da membrana também são dependentes do potencial zeta da superfície e da carga dos seus poros (Childress et. al. 2000).

Relacionando essas informações à água do mar, a superfície altamente carregada da membrana de nanofiltração proporciona a alta rejeição de íons divalentes como sulfato, magnésio e cálcio. Entretanto, a carga da superfície não é alta o suficiente para rejeitar íons monovalentes menos carregados, como sódio e cloreto. Em geral, quanto maior a força iônica da água do mar, menor é a rejeição de íons monovalentes. Moléculas não carregadas com mais de um nanômetro de diâmetro são totalmente rejeitadas.

A tendência de obstrução das membranas durante a operação é diretamente regida pela rugosidade de sua superfície, sendo a média quadrática típica desta última vastamente reportada na faixa de 30 a 100 nm (Yang et al. 2009, Hurwitz et al. 2010). Entretanto, alguns fabricantes são capazes de produzir membranas com rugosidade menor, que otimiza ainda mais o processo de remoção de sulfato, minimiza a obstrução das membranas, o consumo de energia e a necessidade de limpezas químicas e aumenta sua performance e seu tempo de vida. Este é o caso das membranas de nanofiltração para remoção de sulfato da GE Water & Process Technologies, que tipicamente apresentam 10 nm ou menos de rugosidade de superfície.

Elemento de nanofiltração e sua embalagem de transporte

Membranas de Redução de Sulfato da GE – As membranas de redução de sulfato de água do mar da GE (SWSR, Seawater Sulfate Reducing Membrane) são membranas de nanofiltração desenvolvidas para a remoção de sulfato da água do mar. Elas são produzidas na robusta plataforma DK da GE, que tem sido utilizada há mais de 30 anos nas mais desafiadoras aplicações.

A SWSR proporciona uma eliminação de peso molecular de 300 Dalton, sendo uma barreira absoluta para qualquer sólido suspenso, incluindo partículas, sílica coloidal e material bacteriano. Benefícios adicionais da SWSR inlcuem:

• Prevenção à incrustração de sulfato de bário e de estrôncio nos poços de injeção;

• Mitigação da acidificação dos poços devido à redução do sulfato;

• Otimização para o uso em água do mar por suas caracteríscas hidrodinâmicas, resultando na vida mais longa da membrana;

• Estrutura única e comprovada da GE de 3 camadas de membranas, que minimiza a rugosidade e a aderência da superfície, e aprimora a resistência à obstrução;

• Disponível em versão de 440 pés² de área filtrante, para maximizar a área da membrana enquanto minimiza a área necessária para sua instalação;

• Apresenta propriedades superiores de remoção de dureza e sulfato;

• Compatível com químicos de limpeza já disponíveis no mercado;

• Pode ser associada à osmose reversa para produzir água com baixa concentração de sólidos totais dissolvidos com concentrações específicas de íons divalentes.

Pré-tratamento por ultrafiltração – Usualmente as unidades de remoção de sulfato demandam um pré-tratamento da água do mar para a remoção de sólidos suspensos e contaminantes antes de passar pelo sistema de nanofiltração. Tipicamente, as tecnologias de pré-tratamento empregadas tem incluído filtros cartucho e filtros multimídia, porém, recentemente, a ultrafiltração tem conquistado mais espaço entre os operadores de E&P para realizar essa tarefa, principalmente devido ao seu alto grau de automatização, ao menor consumo de químicos e ao tamanho de seus poros quando comparados aos filtros multimídia e cartucho.

A ultrafiltração é um processo de filtração por membrana em que o tamanho nominal dos poros é menor que 0,1 μm. Qualquer coisa maior do que o tamanho do poro da membrana é impedido de passar através da mesma. A ultrafiltração remove partículas grandes, bactérias, vírus e sólidos suspensos, porém, permite a passagem de elementos orgânicos e sais dissolvidos. Uma vez que os sais dissolvidos não são rejeitados pela membrana, este processo apresenta uma diferença de pressão osmótica desprezível, permitindo que seja realizado com baixa pressão (operante em pressões intramembrana de menos de ~2 barg). Membranas de ultrafiltração demandam retrolavagem e limpeza de manutenção para restabelecer a pressão intramembrana e ciclos de limpeza completa para restabelecer esta pressão integralmente.

A ultrafiltração é uma tecnologia bem estabelecida para uma série de diferentes aplicações em ambos segmentos, industrial e municipal, e tem atraído operadores de E&P de petróleo e gás devido à relação entre melhorias de pré-tratamento e a performance e longevidade de membranas de nanofiltração que ela proporciona. Um bom pré-tratamento que mantenha os níveis de SDI (Silt Density Index) abaixo de 3 tem demonstrado um impacto positivo nos sistemas de nanofiltração e osmose reversa. A ultrafiltração, que tipicamente produz um efluente com SDI menor do que 2, encaixa-se perfeitamente para o tratamento de água anterior às membranas de nanofiltração. Em adição aos benefícios já mencionados, a ultrafiltração também permite a redução da dimensão e peso do sistema como um todo, demanda pouca manutenção e é capaz de se adaptar a uma gama de variáveis da qualidade da água a ser tratada.

Marcus Simionato

As membranas ocas de ultrafiltração da GE Water & Process Technologies foram projetadas com uma expectativa de vida robusta, dando confiança à operação do sistema de tratamento de água, sendo utilizadas em diferentes mercados e aplicações, inclusive como pré-tratamento para nanofiltração e osmose reversa. A GE oferece ultrafiltração pressurizada e imersa, sendo que cada uma delas oferece vantagens únicas a depender das características pontuais de cada projeto de remoção de sulfato.

As membranas de ultrafiltração pressurizadas da GE são ideais para aplicações de pré-tratamento de água salobra e dessalinização de água do mar. Elas utilizam fluoreto de polivinilideno (PVDF) de baixa incrustração em sua composição, resultando em redução da frequência das limpezas e deterioração das membranas devido à utilização de químicos. As membranas pressurizadas são uma boa opção para plantas compactas e/ou pré-moldadas de rápida entrega e instalação, assim como para soluções customizadas para cada necessidade específica.

As membranas de ultrafiltração imersas da GE são ideais para retrofits e pré-tratamento para sistemas de nanofiltração e osmose reversa. Elas produzem água com qualidade igual ou acima dos mais rigorosos padrões e demandam menos químicos, além de exigir área física reduzida. Os materiais utilizados nos módulos e cassetes são especialmente desenvolvidos para operar em ambientes de alta salinidade e minimizar o número de componentes e conexões do processo.

Matt Boczkowski

Conclusões – Unidades de remoção de sulfato previnem a formação de incrustações em estruturas de E&P. Uma unidade de remoção de sulfato típica consiste em trens de membranas de nanofiltração que diminuem os níveis de sulfato de 2.700 ppm para menos de 40 ppm. A redução do sulfato também elimina o substrato para bactérias redutoras de sulfato, reduzindo ao mínimo a acidificação da reserva de petróleo e complicações relacionadas à corrosão em equipamentos. A nanofiltração também pode ser utilizada para remover economicamente íons de dureza da água do mar, o que pode ser desejável em algumas formações de reservas de petróleo ou onde a diluição com água é necessária para transbordo de polímeros. A seletividade das membranas de nanofiltração para separar íons de dureza da água do mar é mais eficiente em pH inferiores a 7, preferencialmente entre 5 e 6, e depende da morfologia da membrana e suas propriedades intrínsecas. Operações contínuas de longo prazo de unidades de remoção de sulfato são otimizadas com um excelente pré-tratamento, preferencialmente por ultrafiltração.

Keith Birch

Referências:

Bowen, W.R., Doneva, T.A., Austin, T. and Stoton, G. (2002) “The use of atomic force microscopy to quan-tify membrane surface electrical properties”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 201, 73–78.

Childress, A.E and Elimelech, M. (2000) “Relating Nanofiltration Membrane Performance to Mem-brane Charge (Electrokinetic)

Characteristics”, Environ. Sci. Technol. 34, 3710-3716.

Eriksson, P., Kyburz, M and Pergande, W. (2005) “NF membrane characteristics and evaluation for sea water processing applications”, Desalination 184, 281–294.

Yang, J., Lee, S., Lee, E., Lee, J. and Hong, S. (2009) “Effect of solution chemistry on the surface property of reverse osmosis membranes under seawater conditions” Desalination 247 148–161.

Os Autores:

Matt Boczkowski, graduado em microbiologia e engenharia química pela McGill University e HEC Montreal Business School, é gerente de vendas senior da GE Water & Process Technologies, responsável por atividades comerciais e de marketing para recuperação avançada de petróleo. Matt ingressou na GE em 2011, pelo programa de formação de lideranças, durante o qual conduziu iniciativas de marketing para GE Corporate e GE Water & Process Technologies.

Keith Birch, formado em engenharia química pela University of Central Lancashire e Aberdeen University, é executivo global para contas corporativas, com 27 anos de experiência no setor de petróleo e gás, incluindo extensa experiência na especificação, operação e manutenção de sistemas de membrana onshore e offshore. Ele é responsável comercial global por químicos e equipamentos para empresas de petróleo e gás. Seu cargo inclui gerenciar os relacionamentos entre o centro de pesquisa e desenvolvimento da GE com os clientes.

Jennifer Rae, graduada em engenharia ambiental pela Universidade Federal do Paraná (UFPR), é gerente de vendas da GE Water & Process Technologies para a América Latina, responsável por atividades de inteligência de mercado e comunicação para equipamentos e membranas para tratamento de água e efluentes para indústria e municipalidades. Ela também gerencia o relacionamento com meios de comunicação e instituições.

Marcus Simionato, engenheiro químico pela Unicamp e técnico em petroquímica Etecap, é gerente de vendas senior da GE Water&Process Technologies na América Latina, respondendo pelas atividades comerciais de equipamentos e membranas de tratamento de água, além de gerenciar a rede de distribuidores e a frota de tratamento móvel da companhia no país.