Introdução

A ultrafiltração é um processo de separação que utiliza membranas semipermeáveis para remover partículas, microrganismos e macromoléculas da água, proporcionando um permeado de alta qualidade. Essa tecnologia é amplamente empregada em diversas aplicações, como a produção de água potável, tratamento de água para uso industrial e reúso de efluentes domésticos e industriais. A eficiência da ultrafiltração em remover sólidos em suspensão, turbidez, bactérias e vírus a torna uma alternativa vantajosa em comparação aos métodos convencionais de tratamento de água. Este artigo explora o conceito de ultrafiltração, suas características, desempenho e aplicações.

1. Definição e Princípios da Ultrafiltração

A ultrafiltração é um processo físico que se baseia na separação de componentes de uma solução por meio de membranas semipermeáveis, impulsionada por forças de pressão ou gradientes de concentração. As membranas de ultrafiltração possuem poros com diâmetros entre 0,01 e 0,1 micrômetro, permitindo a passagem de água e íons dissolvidos de baixo peso molecular, enquanto retêm partículas, bactérias e vírus.

A força motriz que promove a separação é a pressão transmembrana (TMP), que é a diferença entre a pressão aplicada na entrada da membrana e a pressão no lado do permeado. Esse mecanismo faz com que os contaminantes fiquem retidos na superfície da membrana, formando uma camada que pode ser removida por processos de retro lavagem (backwash).

A membrana utilizada na ultrafiltração é uma fina camada semipermeável que atua como uma barreira física para contaminantes com base em suas propriedades físico-químicas, como tamanho e carga elétrica. A eficiência da membrana está diretamente relacionada à sua composição, formato e configuração operacional.

2. Desempenho e Parâmetros Operacionais

A ultrafiltração é altamente eficaz na remoção de impurezas e microrganismos, resultando em um permeado de excelente qualidade. Os principais parâmetros de desempenho da ultrafiltração incluem:

• Sólidos em suspensão: < 0,1 mg/L
• Turbidez: < 0,2 NTU
• Remoção de bactérias: 99,9999% (redução logarítmica de log6)
• Remoção de vírus: 99,99% (redução logarítmica de log4)
• Índice de densidade de silte (SDI): < 3

Estudos realizados com efluentes industriais e domésticos tratados por ultrafiltração demonstram resultados consistentes de remoção de contaminantes. Testes com efluente tratado de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) municipal apresentaram:

• Turbidez: de 11 NTU para 0,13 NTU (99% de remoção).
• Demanda Química de Oxigênio (DQO): de 63 mg/L para 20 mg/L (68% de remoção).
• E. Coli: de 2,17 x 10⁵ NMP/100 ml para 0 NMP/100 ml (100% de remoção).

A qualidade da água permeada é independente da qualidade da água bruta, o que proporciona estabilidade nos resultados mesmo diante de variações nas características da água de alimentação.

A ultrafiltração oferece vantagens técnicas e econômicas em relação a métodos convencionais de tratamento de água. Entre suas principais características, destacam-se:

• Remoção eficiente de sólidos em suspensão, coloides e matéria orgânica.
• Barreira física contra a passagem de microrganismos, incluindo bactérias e vírus.
• Qualidade consistente da água tratada, mesmo em condições variáveis de alimentação.
• Redução no consumo de produtos químicos e energia.
• Menor área ocupada em comparação com sistemas convencionais.
• Possibilidade de reúso da água tratada para fins industriais, domésticos e potáveis.

Estudos comparativos demonstram que a ultrafiltração proporciona:

• Redução no custo da água tratada – até cinco vezes menor em relação ao tratamento convencional.
• Redução no consumo de produtos químicos – até dez vezes menos produtos utilizados.
• Redução na área instalada – ocupação de espaço até três vezes menor.
• Redução no consumo de água para retro lavagem – até 50% de economia.
• Redução no consumo de energia – até duas vezes menos energia necessária.

4. Tipos de Membranas e Configurações

A ultrafiltração pode ser configurada de diferentes formas, dependendo das características da água de alimentação e dos objetivos de tratamento.

4.1. Sentido de Filtração

Existem dois principais sentidos de filtração:

• Inside-out (de dentro para fora):
  • Maior vazão de retro lavagem.
  • Maior necessidade de pré-tratamento e consumo de químicos.
  • Maior fluxo de permeado.
• Outside-in (de fora para dentro):
  • Retro lavagem combinada com limpeza por ar.
  • Menor vazão de retro lavagem.
  • Menor consumo de energia.

4.2. Formato das Membranas

O formato mais utilizado na ultrafiltração é o de fibra oca (hollow fiber), que oferece alta densidade de empacotamento e resistência mecânica bidirecional.

4.3. Materiais das Membranas

As membranas de ultrafiltração podem ser fabricadas com diferentes materiais, como:

• PES (Polietersulfona) – Alta permeabilidade, resistência química e estabilidade em faixas amplas de pH.
• PVDF (Polifluoreto de vinilideno) – Maior resistência química, facilidade de limpeza e resistência ao cloro.

4.4. Tipos de Filtração

• Dead-end (axial) – O fluxo é direto, com acúmulo de resíduos na superfície da membrana.
• Cross-flow (tangencial) – O fluxo ocorre de maneira tangencial à superfície da membrana, reduzindo o acúmulo de resíduos e prolongando a vida útil do sistema.

5. Aplicações da Ultrafiltração

A tecnologia de ultrafiltração é amplamente utilizada em diversas indústrias e setores, incluindo:

• Produção de água potável – Tratamento de águas superficiais e subterrâneas para abastecimento público.
• Tratamento de água para indústria – Produção de água para processos industriais e geração de energia.
• Pré-tratamento para osmose reversa – Proteção das membranas de osmose reversa contra incrustações.
• Reúso de efluentes industriais e domésticos – Reutilização de efluentes tratados para fins industriais e agrícolas.

Exemplos práticos de aplicação incluem:

• ETA Lago Norte (Brasília/DF) – Sistema de ultrafiltração para tratamento de água potável.
• Coca-Cola (Maringá/PR) – Tratamento de água para fabricação de bebidas.
• Ceitec (Porto Alegre/RS) – Pré-tratamento de osmose reversa, para produção de água ultrapura. 
• Laboratórios Sabin (Brasília/DF) – Pré-tratamento de água de poço para alimentação de osmose reversa. 

6. Conclusão

A ultrafiltração é uma tecnologia eficaz e confiável para o tratamento de água e reúso, oferecendo resultados consistentes de remoção de contaminantes e produção de água de alta qualidade. Sua capacidade de operar em condições variáveis, aliada à redução no consumo de químicos, energia e espaço físico, torna a ultrafiltração uma solução viável para aplicações industriais e domésticas. A evolução contínua dos materiais e configurações de membranas reforça o papel da ultrafiltração como uma solução sustentável e econômica para os desafios no tratamento de água e reúso.

Autor: Joaquim Marques Filho, M.Sc.