Arsenic removal from drinking water by membrane technology: a solution for small and large communities

Abstract

O arsênio (As) é um elemento que compõe a crosta terrestre e é liberado no meio ambiente naturalmente, mas também devido a atividades antropogênicas, como a mineração. Dessa forma, o As chega aos recursos hídricos e, em muitos países, tem sido detectado em águas subterrâneas, superficiais e potáveis em concentrações muito superiores às recomendadas pela OMS para consumo humano (10 µg/L). Isso representa um sério risco à saúde humana devido aos vários efeitos adversos que o consumo de água com As pode causar, como câncer de pele. Nesse contexto, esta tese teve como principal objetivo avaliar o tratamento de água superficial real contendo altas concentrações de arsênio (até cerca de 35 µg/L) usando ultrafiltração (UF) e osmose inversa (OI) em escala piloto. Primeiramente, avaliou-se a contribuição do tratamento prévio da água pelo processo convencional de tratamento de água (pré-oxidação, coagulação/floculação e decantação) na performance da UF e da OI no tratamento de águas com elevada concentração de As. O sistema de UF-OI gerou água de elevada qualidade (cor < 15 uH, turbidez < 0.1 NTU, ferro < 0.3 mg/L, manganês < 0.1 mg/L), atendendo os limites legais brasileiros para água potável, com ou sem pré-tratamento, porém o pré-tratamento aplicado foi importante para melhorar a permeabilidade da membrana de UF. Os resultados também evidenciaram a maior resiliência do sistema de tratamento com integração da UF-OI ao processo convencional. A OI foi essencial para que os padrões de potabilidade em relação a As fossem atingidos, assegurando um permeado com concentração inferior a 0.5 μg/L. Uma vez confirmada a viabilidade do uso do sistema UF-OI para remoção de arsênio de água superficial,o sistema foi operado por mais de 2000 horas, visando a avaliação da influência do modo de operação (Feed and Bleed e Full Drain), da vazão de retrolavagem e da variação da concentração de sólidos na alimentação no desempenho da UF. Foi avaliado ainda a estabilidade da OI na remoção de arsênio, simulando as condições de diferentes módulos de um sistema de duplo estágio. A operação no modo Full Drain favoreceu a maior permeabilidade da membrana, que foi 10,5% maior do que durante o modo de operação Feed and Bleed. Ademais, no caso de água com baixa concentração de sólidos (turbidez < 10 NTU), não há necessidade de adoção de elevada razão entre fluxo de retrolavagem/ fluxo de permeado. Uma razão de 0.91 foi suficiente para o controle da incrustação. A turbidez da alimentação teve impacto na permeabilidade da membrana A permeabilidade reduziu de 186.4 para 182.3 L/m2h.bar quando a turbidez aumentou para valores > 10 NTU. A concentração de As no permeado de UF foi em torno de 8-30 µg/L, resultado esse influenciado pela especiação do As. A UF atua apenas na retenção de As associado a partículas e coloides. Para remoção de As dissolvido, a OI se faz necessária. A OI garantiu a produção de um permeado com concentração < 0.5 µg/L. Outra alternativa para remoção de As é o uso da dosagem de coagulante (FeCl₃) em linha na alimentação da ultrafiltração. A dosagem de coagulante em linha aumentou a eficiência da UF e a concentração de As no permeado foi reduzida de valores de até 23 µg/L para valores < 10 µg/L, tornando a UF adequada para remoção de arsênio. A adição do coagulante também promoveu o aumento do tamanho das partículas, aumentando a porosidade e permeabilidade da torta formada, melhorando a permeabilidade. Destaca-se que o concentrado da OI apresentou qualidade suficiente para seu enquadramento ao padrão de lançamento vigente. Recomenda-se a recirculação do concentrado da UF para o início do tratamento da ETA para aumentar a recuperação de água. Os resultados encontrados podem subsidiar o projeto de sistemas que podem ser aplicados tanto como polimento de ETAs que recebem como afluente águas com elevadas concentrações de As, com um custo operacional total que varia entre 1.05 e 4.34 US$/m3, quanto para comunidades menores com um custo operacional do sistema de membranas de 0.47-0.49 US$/m3. Assim, a tese contribui para o alcance do Objetivo de Desenvolvimento Sutentável 6 da ONU: garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos.