Osmose direta

Figura 1, Potencial de calor residual por setor industrial na UE (%), Avaliação preliminar do potencial de calor residual nas principais indústrias europeias (2017)

2) Função do Processo

Figura 2, Esquema simplificado do processo FO

A FO utiliza a diferença de pressão osmótica (Δπ) entre a solução de alimentação (concentração C₁) e uma solução de extracção sintética (DS), que preparámos com C₂ > C₁ ⇒ π₂ > π₁ ⇒ Δπ = π₂ - π₁. Devido ao Δπ, as moléculas de água da alimentação começarão a mover-se para a solução de extração, criando um fluxo de água que remove cerca de 70% da água da alimentação (recuperação máxima de 65% (R) para RO de água do mar, SWRO, e 80% para RO de água salobra, BWRO). Além disso, devido ao facto de a FO não utilizar pressão aplicada para superar a pressão osmótica, pode lidar com níveis de TDS muito mais elevados do que a OR (cerca de 200.000 ppm (mg/L) para a FO e 70.000 ppm (mg/L) para a OR). Este facto torna a FO ideal para lidar com salmouras de elevada salinidade.

Fig. 3, Consumos Específicos de Energia (SECs) das tecnologias de tratamento de salmoura em kWh/m3 versus a sua Capacidade Máxima de TDS em mg/L (ppm). Em série, temos a Destilação Instantânea Multiestágios (MSF), a Destilação de Múltiplos Efeitos (MED), a Compressão Mecânica de Vapor (MVC), a Eletrodiálise/Eletrodiálise Inversa (ED/EDR), a Osmose Direta (FO) e a Destilação por Membrana (MD). O FO e o MD podem aproveitar o calor residual para até 90% da sua Procura de Energia Térmica.

O caudal de água na FO depende de,

• Da diferença de pressão osmótica
• Da estrutura da membrana
• Das espécies de matéria seca
• Das propriedades de incrustação da alimentação

As membranas FO são de estrutura simples (CTA) e estrutura composta (TFC). As membranas TFC têm demonstrado um melhor desempenho à escala laboratorial em todo o mundo.

As espécies DS são geralmente sais inorgânicos que podem ser retidos no circuito de regeneração durante muito tempo antes de ser necessário adicionar mais ao processo.

3) Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

Devido à ausência de pressão aplicada, a camada de incrustação na superfície da membrana não é compacta, o que significa que os métodos de limpeza física podem recuperar o fluxo de água da membrana (Fig. 4). Isto significa uma menor utilização de produtos químicos, uma maior vida útil da membrana e menores custos gerais.

Fig. 4, Explicação da natureza reversível da incrustação da FO. À direita, temos uma membrana de OR típica, onde aplicamos pressão para forçar a passagem da água. A pressão aplicada cria uma "camada de incrustação" dos contaminantes da água de alimentação na superfície da membrana. Por outro lado, à esquerda temos uma membrana de FO onde não é aplicada qualquer pressão, pelo que a deposição dos contaminantes é muito solta e podem ser removidos por métodos físicos (por exemplo, retrolavagem osmótica).

Desvantagens:

A osmose directa sofre de dois problemas principais:

• Polarização da Concentração (PC)
• Fluxo Reverso do Sal

A polarização de concentração nas membranas de FO é externa (PCE) e interna (PCI). A PCE é um fenómeno comum nos processos de OR e pode ser reduzida com condições de fluxo cruzado melhoradas pelo uso de espaçadores na superfície das membranas.

Na PCI, as moléculas de DS acumulam-se no interior dos poros da membrana e diminuem o gradiente de pressão osmótica, reduzindo assim a diferença de pressão osmótica que é a força motriz do processo de FO. Nos últimos anos, a comunidade científica tem-se empenhado em combater o efeito ICP e foram obtidos alguns resultados promissores com métodos físicos que podem melhorar a já elevada eficiência da FO.

FO → ↓Fluxo de água por ICP (pode ser mitigado com métodos físicos), as espécies DS podem contaminar a alimentação com fluxo reverso de sal (é preciso ter cuidado com a seleção de DS)

4) Aplicações na Indústria de Processos