Sistema de microfiltração

Com a crescente complexidade dos equipamentos e operações da indústria de laticínios, existe uma crescente tendência em direção a processos de tratamento de água mais confiáveis e de maior qualidade. Além disso, à medida que a utilização dos nossos recursos de água se torna mais intensiva, atender à demanda pode exigir o uso de água de origens mais desafiadoras. Em muitos casos, o suprimento de água vem de uma fonte de águas superficiais, muitas vezes de um rio que pode experimentar picos de alta turbidez durante as chuvas.

No passado, foram usadas clarificação e filtração convencionais em muitas dessas situações. No entanto, à medida que esses sistemas envelhecem e as regulamentações ficam mais exigentes, essas instalações podem ter dificuldade em enfrentar cargas de turbidez de pico. Em alguns casos, são necessários produtos químicos para tratamento de água para manter o suprimento durante um evento de turbidez, em outros casos, a operação da planta de tratamento é suspensa até que o evento passe, um enfoque que pode requerer o armazenamento de volume considerável de água tratada.

O desafio

Um importante produtor de laticínios, operando uma das maiores instalações de ingredientes do mundo, captava água de processo de dois rios próximos, tratando-a com sistemas convencionais de clarificação/filtração. Para apoiar a produção de mais de 60 toneladas de produtos por hora, incluindo pós, queijo seco, creme e mussarela, é essencial um suprimento consistente e regular de água de alta qualidade.

Com a turbidez geral do dia a dia da água do rio, a instalação de tratamento de água atende aos requisitos de qualidade e capacidade de água da instalação. No entanto, durante eventos de alta turbidez, a planta de tratamento de água da instalação encontrava problemas com maior carga de sólidos, com queda na capacidade e na qualidade de tratamento de água. Com frequência, os eventos de alta turbidez experimentados pela instalação duram alguns dias. No entanto, a capacidade de armazenamento de água tratada na instalação é de apenas algumas horas. Em casos extremos, os eventos de alta turbidez podem causar grave perturbação e interrupção da produção devido à falta de água tratada.

O produtor precisava rever os requisitos de filtração para produzir constantemente água de alta qualidade, independente as variações e picos de turbidez de água captada.

A solução:

Sistema de microfiltração Aria da Pall Os sistemas de membrana Aria da Pall são projetados para atender aos exigentes requisitos da indústria de laticínios e de outros setores, produzindo água de alta qualidade, independentemente da variação da água não tratada. Os módulos Pall Aria usam uma tecnologia exclusiva de membrana de fibra oca de fluoreto de polivinilideno (PVDF) com técnica de colagem avançadas para obtenção de design de módulo excepcionalmente forte. 

As membranas têm um tamanho nominal de poro de 0,1 μm e podem remover sólidos em suspensão, bactérias, cistos e oocistos, orgânicos e outros contaminantes de fontes de água de superfície e subterrâneas.

A membrana de PVDF altamente porosa é o coração do sistema, o que significa que um sistema pode ser projetado para fluxos altamente sustentáveis se comparado com outras membranas, ou pode ser operado com menor resistência a incrustação, menor pressão na bomba ou maiores intervalos entre sequências de regeneração — tudo isso com benefícios operacionais que incluem flexibilidade operacional quando confrontado com eventos de turbidez.

Para garantir o máximo de eficiência e o menor custo total de propriedade, a Pall desenvolveu técnicas para manter as membranas livres de materiais incrustantes. Elas são integradas como modos de operação específicos no software de automação.

• Em condições normais, a água é filtrada no modo direto de fora para dentro através da fibra oca. Dependendo da qualidade da água, uma pequena quantidade de fluido pode ser recirculada, resultando em menor acúmulo de incrustantes e resíduos na superfície da membrana.

• A retrolavagem ou a limpeza simultânea com ar e fluxo reverso (SASRF) em intervalos regulares (a cada 15-120 minutos), resulta em um fluxo sustentável ao longo de um período mais longo de filtração. É injetado ar a baixa pressão pelo lado de alimentação do módulo como um processo mecânico para remover detritos e reduzir a taxa de aumento de pressão transmembrana (TMP). Ao mesmo tempo, o filtrado que foi coletado no tanque dedicado de fluxo reverso é bombeado na direção reversa através do módulo. Depois de um ciclo de SASRF de 30 segundos, a maior parte, senão todos, os detritos acumulados são lançados no dreno. Uma lavagem circulando água de alimentação ou filtrado em alta velocidade através da superfície externa das fibras da membrana completa o ciclo SASRF.

• Manutenção de fluxo aprimorada (EFM) é outro ciclo automatizado que usa água quente com soluções químicas suaves adequadas para os incrustantes específicos que possam estar presentes. O intervalo de tempo entre a EFM é definido pelo usuário e depende das condições da membrana. A EFM é usada para reduzir a frequência com que uma membrana parcialmente incrustada resulta na operação não eficiente do sistema. Permitindo que as membranas operem com vazões altas, a EFM permite uma menor ocupação do sistema, o que significa em economia de custo de instalações e de espaço de piso, além de uma menor pressão transmembrana, gerando economia de energia de bombeamento. As fibras ocas de PVDF, duráveis, fortes e quimicamente resistentes, tornam isso possível. Elas podem ser sujeitadas a milhares de ciclos de EFM sem redução da vida útil.

• Embora o SASRF e a EFM sejam projetados para remover matéria particulada, pode ser necessário ocasionalmente executar um processo de CIP (limpeza sem remoção), tipicamente mensalmente. Esse protocolo de 2 etapas usando uma solução ácida e uma solução cáustica com cloro devolve os módulos à condição de “quase novos” e pode ser executado centenas de vezes ao longo da vida útil dos módulos. Devido à baixa frequência da operação de CIP, o processo é semiautomático.

Foi executado um teste piloto na instalação de laticínios ao longo de um período de 8 meses para confirmar os parâmetros preliminares de projeto do sistema de microfiltração (MF), incluindo vazão de operação e processos de manutenção de vazão. Tratamento prévio com 2,5 a 5 ppm de cloreto de polialumínio, selecionado entre os produtos químicos de floculação usados na planta de tratamento de água existente, injetado diretamente no tanque de alimentação de MF piloto, mostrou ser benéfico tanto durante condições normais da água quanto nos eventos de alta turbidez.

Ciclos de SASRF, a cada 15 a 20 minutos, e uma manutenção de fluxo aprimorada (EFM) diária com 500 ppm de hidrocloreto de sódio provaram ser altamente eficientes na manutenção da pressão transmembrana abaixo de 1,5 bar durante os eventos de turbidez, com vazão de 65 lmh. O sistema piloto de MF da Pall foi capaz de continuar operando quando a turbidez da água de alimentação era de 450 NTU. Não houve necessidade de parar o sistema de microfiltração devido a nenhum evento de alta turbidez da água experimentados durante o período de experiência. Durante todo o tempo de teste, a turbidez do filtrado de MF permaneceu abaixo de 0,1 NTU.

O sistema de microfiltração Aria da Pall demonstrou que poderia fornecer um suprimento ininterrupto de água de alta qualidade para a instalação de laticínio a partir dos dois rios de origem, em situação normal e em eventos de alta turbidez.