Resolução de problemas relacionados com a obstrução dos invólucros dos filtros em estações de tratamento de águas residuais

A obstrução do invólucro do filtro numa estação de tratamento de águas residuais manifesta-se normalmente através do aumento da pressão diferencial, da diminuição do caudal ou do facto de os cartuchos atingirem o ponto de substituição em metade do tempo previsto. A substituição do cartucho restabelece o caudal por algum tempo, mas não explica por que razão o filtro ficou obstruído tão rapidamente. Na maioria dos casos, a causa reside a montante, na hidráulica do invólucro ou numa incompatibilidade entre o elemento filtrante e a substância contaminante.

Este guia aborda os invólucros de filtros de cartucho e de saco utilizados no aperfeiçoamento de efluentes, na reutilização de água, no pré-tratamento por membranas e em linhas de produtos químicos ou de água de vedação. Explica como reconhecer os principais mecanismos de incrustação, como confirmar a causa antes de investir dinheiro, quais as soluções que funcionam e quando um elemento rígido de plástico poroso sinterizado constitui uma alternativa sensata a um cartucho descartável.

Como se manifesta, na prática, a obstrução do invólucro do filtro?

A incrustação consiste na acumulação de sólidos em suspensão, óleos, crescimento biológico ou depósitos minerais no elemento filtrante ou no interior do invólucro, o que aumenta a resistência ao fluxo. Os primeiros sinais são, normalmente, os seguintes:

• A pressão diferencial (ΔP) está a aumentar mais rapidamente do que o valor de referência da própria central para essa condição de funcionamento.
• Menor caudal com a mesma configuração da bomba, ou uma bomba a trabalhar mais para manter o caudal.
• Cartuchos que apresentam uma textura viscosa, estão descoloridos ou cheiram a sulfureto.
• Aumento da turbidez ou da contagem de partículas a jusante, apesar de o filtro estar em funcionamento, o que sugere um desvio ou a libertação de sólidos retidos.
• Uma membrana a jusante apresenta um ΔP mais elevado, enquanto o filtro de cartucho parece estar em boas condições.

Esse último ponto é importante nos sistemas de reutilização e de osmose inversa. A Visão geral da WaterTech Online sobre os principais indicadores de desempenho da osmose inversa enumera o índice de densidade de sedimentos (SDI) e a pressão diferencial entre os parâmetros diários que os operadores devem monitorizar, e indica que o SDI deve ser medido ao longo das etapas de pré-tratamento, incluindo após os filtros de cartucho. Refere ainda um SDI inferior a 3,0 antes das membranas como meta de pré-tratamento. Esses valores aplicam-se à alimentação da membrana, e não a todos os filtros de águas residuais, mas o princípio mantém-se: medir a montante e a jusante do invólucro, em vez de confiar num único medidor.

Uma observação sobre o ΔP. Uma leitura em queda nem sempre é uma boa notícia. Se a bomba fornecer um caudal menor, o ΔP diminui, mesmo que o elemento esteja sujeito à mesma carga. Compare o ΔP a caudais comparáveis ou registe o caudal em simultâneo.

Causas comuns de incrustação no invólucro do filtro no tratamento de águas residuais

Sólidos em suspensão e arrastamento de flocos

Os sólidos biológicos, o arrastamento do clarificador e os flocos de coagulante ou polímero são as cargas mais comuns nos filtros de aperfeiçoamento. Um aumento repentino da carga indica, normalmente, uma perturbação a montante, como o aumento da camada de lamas, um curto-circuito no clarificador ou uma sobredosagem de coagulante. Um aumento constante e lento indica um problema de capacidade nominal ou de dimensionamento do filtro.

Gorduras, óleos, graxas e polímeros

As gorduras, óleos e graxas (FOG) espalham-se pelas aberturas dos poros em vez de se acumularem nelas, pelo que o ΔP aumenta rapidamente e o filtro não recupera após uma simples lavagem. O excesso de polímero catiónico proveniente das etapas de desaguamento ou floculação pode comportar-se de forma semelhante, formando uma camada semelhante a um gel. Ambos tendem a apresentar um aspeto brilhante ou pegajoso num cartucho aberto e, normalmente, requerem uma etapa de limpeza com um tensioativo ou com uma solução alcalina, em vez de apenas água.

Bioincrustação e biofilme

A água quente e rica em nutrientes no interior de uma caixa de proteção que fica inativa entre ciclos de funcionamento é um local ideal para a formação de biofilme. Os indícios típicos são a presença de lodo no elemento e nas paredes da caixa de proteção, o odor e um ΔP que aumenta mesmo quando a turbidez é baixa. As caixas de proteção em modo de espera e os trechos mortos na tubagem são pontos de origem frequentes.

Incrustações e óxidos metálicos

O carbonato de cálcio, os depósitos à base de fosfato, como a estruvita, e os óxidos de ferro ou manganês podem precipitar quando o pH, a temperatura ou os níveis de oxidantes se alteram. Se um depósito efervescer quando se aplicar uma gota de ácido diluído, é provável que contenha carbonato. Os depósitos de cor ferruginosa ou pretos que surgem após a aeração ou cloração sugerem a oxidação do ferro ou do manganês. Confirme através de uma análise laboratorial antes de optar por um produto químico de limpeza.

Classificação incorreta, caixa de dimensões insuficientes ou sistema hidráulico deficiente

Um número insuficiente de cartuchos para o caudal implica um elevado fluxo por elemento e um enchimento rápido. Orifícios de ventilação entupidos, um reservatório cheio de sólidos sedimentados, anéis de vedação danificados ou um cartucho mal encaixado podem aumentar a resistência ou permitir que a água não filtrada contorne o elemento. Estas causas mecânicas são baratas de resolver e fáceis de ignorar.

Tabela de resolução de problemas: sintoma, causa, verificação e solução

Sintoma	Causa provável	Como confirmar	Medida corretiva típica
O ΔP aumenta rapidamente e, em seguida, estabiliza após uma descarga	Sólidos suspensos soltos ou flocos	Inspecionar o elemento usado; testar o TSS ou a turbidez a montante	Corrigir o esclarecimento a montante; adicionar uma fase de pré-filtragem mais grosseira
O ΔP aumenta rapidamente; a descarga não ajuda	FOG ou película de polímero	Depósito brilhante ou pegajoso; película oleosa na água de enxaguamento	Controlar a fonte de FOG; utilizar um tensioativo compatível ou um produto de limpeza alcalino
Lodo e odor, aumento de ΔP com baixa turbidez	Biofilme	Presença visível de lodo; análises microbiológicas, se necessário	Desinfete os reservatórios e as tubagens; evite reservatórios de reserva com água estagnada
Depósito duro, com crosta ou efervescente	Incrustações de carbonato ou fosfato	Teste de gota de ácido diluído; análise laboratorial	Ajustar a dosagem de pH ou de anti-incrustante; utilizar produtos de limpeza compatíveis com ácidos
Depósito castanho-ferrugem ou preto	Óxidos de ferro ou de manganês	Cor; análise laboratorial do depósito	Verifique os pontos de oxidação a montante; remova os metais antes do filtro
ΔP normal, mas má qualidade a jusante	Contornar o elemento ou a vedação	Verifique os anéis de vedação, as sedes e as extremidades dos elementos	Substituir as juntas; verificar o encaixe do elemento e a interface com a tampa terminal
Alterações frequentes no fluxo de conceção	Caixa ou elemento com dimensões insuficientes	Calcular o caudal por cartucho com base na ficha técnica	Adicionar elementos ou uma caixa maior; reduzir o fluxo
A leitura do manómetro ΔP parece baixa, mas o caudal está reduzido	Valor medido com caudal reduzido	Comparar ΔP com caudal correspondente	Fluxo de madeira com ΔP; valores normalizados em termos de tendência

Como se deve diagnosticar a incrustação antes de alterar alguma coisa?

Comece por verificar o que está, de facto, a obstruir o elemento. Uma sequência prática:

1. Estabelecer uma linha de base clara. Registe o ΔP e o caudal com os novos elementos instalados. Sem isso, uma leitura “alta” não tem qualquer referência.
2. Inspecione o elemento usado e a caixa. Observe a cor, a textura, o cheiro e a localização do depósito. Uma camada superficial sugere a presença de sólidos. Uma película lisa sugere a presença de FOG, polímeros ou matéria biológica. Os depósitos duros sugerem a presença de incrustações.
3. Teste o feed. Recolha amostras a montante e a jusante para determinar a turbidez ou o TSS. Caso exista uma membrana a jusante, monitorize também o SDI.
4. Realize testes simples de depósito. Uma gota de ácido permite identificar a presença de carbonato. Uma imersão em água morna com detergente indica se o depósito é de origem orgânica. Envie qualquer depósito desconhecido para análise.
5. Verifique os detalhes mecânicos. Verifique as juntas, as aberturas de ventilação, os escoamentos e o assentamento dos cartuchos antes de culpar o meio filtrante.

Orientações da DuPont para a limpeza dos elementos FilmTec apresenta um filtro de cartucho de polipropileno de 5–10 mícrons numa caixa de PVC, FRP ou aço inoxidável como parte do seu conjunto de limpeza e recomenda a limpeza dos elementos de osmose inversa (RO) quando a queda de pressão aumentar 15%. Esse valor de 15% aplica-se aos elementos de membrana, não aos cartuchos descartáveis. O seu valor para a resolução de problemas no invólucro reside no método: normalizar os dados em termos de tendência e agir com base na variação em relação ao valor de referência, em vez de se basear numa única leitura absoluta.

Será que uma classificação de microns mais fina é a solução para a incrustação?

Normalmente, não. Quando um filtro carrega rapidamente, o instinto é ou aumentar a classificação para que dure mais tempo, ou torná-la mais restritiva para obter um efluente mais limpo. Ambas as opções podem sair pela culatra.

Uma granulometria mais fina numa alimentação inalterada retém uma maior parte da população de partículas na superfície, pelo que o ΔP aumenta mais cedo. Uma granulometria mais grossa pode durar mais tempo, mas deixa passar partículas que obstruem uma membrana ou excedem um limite de descarga. Nenhuma das duas abordagens trata os FOG, o biofilme ou as incrustações, que não são de todo determinados pelo tamanho dos poros.

Considere um exemplo ilustrativo. Uma unidade substitui cartuchos de 10 mícrons por elementos de 5 mícrons para proteger uma membrana a jusante, e as substituições passam de mensais para semanais. Se a água de alimentação transportar flocos provenientes de um clarificador a funcionar perto do seu limite, o melhor investimento poderá ser um filtro de primeiro estágio mais grosso ou uma correção a montante, com o elemento mais fino colocado em segundo lugar. O cartucho mais fino não era inadequado, mas estava a ser chamado a fazer o trabalho de dois estágios.

A classificação também não é um padrão único. As classificações “nominal” e “absoluta” descrevem comportamentos de retenção diferentes; por isso, pergunte ao fornecedor como foi determinada a classificação e a que fluxo. Da mesma forma, o ΔP terminal varia consoante o design do elemento; por isso, utilize o valor de substituição indicado pelo fabricante do elemento, em vez de um valor genérico retirado de outro tipo de cartucho.

Limpeza e manutenção: o que funciona e o que danifica os suportes

Adapte o método de limpeza ao tipo de resíduo:

• Sólidos soltos: uma lavagem ou enxaguamento inverso a baixa pressão, nos casos em que o design do elemento permita o fluxo inverso.
• FOG, polímeros e compostos orgânicos: água morna com um tensioativo compatível ou um produto de limpeza alcalino suave.
• Incrustações e óxidos metálicos: um ácido compatível, cujo tempo de contacto e concentração são definidos pelo fabricante do elemento.
• Biofilme: uma etapa de higienização adequada, bem como um plano para evitar a estagnação.

A compatibilidade química determina o que é seguro. O polietileno tolera, em geral, muitos ácidos e álcalis, mas pode degradar-se se exposto durante muito tempo a oxidantes fortes, especialmente em presença de calor. A poliamida é, em geral, menos tolerante a ácidos fortes e agentes oxidantes. O PTFE apresenta uma resistência química muito ampla. Confirme os limites exatos para o tipo específico junto do fabricante do material antes da limpeza, uma vez que a concentração, a temperatura e o tempo de contacto influenciam o resultado.

A manutenção do equipamento é igualmente importante. Esvazie e limpe o reservatório de recolha, inspecione e substitua os anéis de vedação de acordo com o calendário previsto, verifique se as saídas de ar e os escoamentos estão desobstruídos e certifique-se de que os cartuchos estão corretamente encaixados. Registe o ΔP, o caudal e as datas de substituição, para que o próximo episódio de incrustação possa ser comparado com os registos anteriores.

Quando é que faz sentido utilizar elementos de plástico poroso sinterizado?

Os elementos rígidos de plástico poroso sinterizado revelam-se uma boa opção quando o mesmo invólucro fica repetidamente obstruído por sólidos ou substâncias orgânicas que possam ser removidos através de um processo de limpeza compatível, e quando o custo e o desperdício decorrentes de substituições frequentes por artigos descartáveis são significativos. Não constituem a solução para todos os problemas de obstrução e não substituem o controlo a montante.

Num elemento sinterizado, as partículas de plástico são fundidas num corpo poroso autossustentável. Ao contrário de um cartucho enrolado ou fabricado por sopro a quente, a estrutura mantém-se rígida, o que permite a lavagem inversa ou a limpeza química, desde que sejam respeitados os limites de pressão e compatibilidade indicados pelo fabricante. As desvantagens são um custo unitário normalmente mais elevado do que o de um cartucho descartável de polipropileno, a necessidade de um procedimento de limpeza definido e o risco de partículas finas ficarem incrustadas na estrutura porosa e resistirem à limpeza.

Escolha do polímero de base

Material	Aplicação típica no setor das águas residuais	Verificações essenciais
UHMW-PE	Filtração geral de partículas na água e em líquidos de processo	Exposição a oxidantes, produtos químicos de limpeza, comportamento de humedecimento
PEAD	Separação sólido-líquido em fluxos de água industriais	Limites de temperatura e pressão
PTFE	Substâncias químicas agressivas ou temperaturas mais elevadas	Compatibilidade com meios aquosos, montagem das extremidades e custo
PA (nylon)	Filtração de partículas finas num intervalo de classificação restrito	Compatibilidade com ácidos e oxidantes

Os intervalos publicados pelo fornecedor constituem um ponto de partida. Os da Lvyuan Tubos de cartucho de filtro porosos sinterizados em UHMW-PE estão listados com granulometrias entre 0,2 e 140 μm e diâmetros entre 10 e 120 mm. Os tubo filtrante poroso de HDPE sinterizado é descrito para a separação sólido-líquido, com um intervalo de 1–100 μm, funcionamento a temperaturas inferiores a 80 °C e resistência à pressão inferior a 0,5 MPa. No caso de substâncias químicas agressivas ou temperaturas mais elevadas, o cartucho filtrante poroso de PTFE sinterizado apresenta classificações de 0,1–100 μm, um intervalo de temperatura de -190 °C a 260 °C e várias opções de encaixe nas extremidades, incluindo M20, M30, 222 e 226. Para filtração fina, o Cartucho filtrante de plástico poroso sinterizado PA está disponível em 0,5–10 μm, com diâmetros de 38 mm ou 48 mm. Estas são as gamas indicadas pelo fornecedor; confirme-as em função do seu próprio caudal, ΔP, temperatura e composição química antes de efetuar a encomenda.

Formatos planos e anulares

Nem todos os pontos de filtração utilizam um tubo. Alguns equipamentos utilizam um elemento plano ou moldado. Placas de filtro porosas de PE sinterizado pode ser cortado à medida para filtração e distribuição de fluidos, placas de filtro redondas de PE sinterizado conjuntos de peças que necessitem de um disco plano, e filtros de anel de PE poroso sinterizado são elementos anulares moldados para equipamentos concebidos com base nessa geometria. Em cada caso, o comprador deve especificar a espessura, as características dos poros e o método de vedação em função do meio de funcionamento efetivo, uma vez que não existe uma classificação universal.

Uma advertência sobre a humedecimento

O polietileno poroso e o PTFE são normalmente hidrofóbicos, a menos que sejam tratados. Para aplicações com águas residuais aquosas, verifique se o elemento foi submetido a um tratamento de superfície ou se necessita de pré-humedecimento, uma vez que um elemento hidrofóbico seco pode apresentar um ΔP inicial elevado ou um caudal insuficiente, o que pode parecer uma obstrução, mas não o é.

Acúmulo de resíduos no equipamento auxiliar em torno da caixa de proteção

O desempenho do equipamento também depende dos equipamentos que o rodeiam. Se a sua unidade dosear produtos químicos secos através de transporte por vácuo, o filtro que protege a fonte de vácuo pode ficar obstruído com partículas finas e impedir o fornecimento ao alimentador. Cartuchos filtrantes para alimentadores a vácuo em UHMW-PE são um formato concebido para esse tipo de equipamento. As válvulas automáticas de retrolavagem e de isolamento costumam expelir ar comprimido através de pequenos silenciadores, e uma saída entupida pode retardar a resposta da válvula; silenciadores pneumáticos de plástico poroso são fornecidos para a filtração dos gases de escape pneumáticos e para a redução do ruído. Trata-se de verificações secundárias, mas uma válvula lenta pode perturbar os ciclos de retrolavagem e ser confundida com um problema no filtro.

Como se pode evitar que a incrustação volte a ocorrer?

• Controla isso na origem. Estabilize o desempenho do clarificador, a dosagem de polímeros e coagulantes e as fontes de FOG antes de aumentar a capacidade de filtração.
• Realize a filtração. Coloque um filtro mais grosso a montante do filtro fino, para que cada elemento trate da gama de partículas para a qual está preparado.
• Tamanho para o fluxo. Adicione elementos ou aumente o tamanho do corpo, em vez de utilizar menos cartuchos no limite da sua capacidade nominal de caudal.
• Segue a tendência, não reajas. Acompanhe a variação de ΔP em função do caudal e defina alarmes com base no valor limite indicado pelo fabricante do elemento.
• Evitar a estagnação. Esvazie ou higienize as caixas de reserva e elimine os trechos sem fluxo.
• Limpe de acordo com um horário que se adapte ao tipo de sujidade, e parar se a limpeza já não conseguir restabelecer ΔP a um nível de referência estável.
• Certifique-se de que as peças sobressalentes correspondem à caixa, incluindo vedantes e acessórios de extremidade.

O que deve especificar antes de solicitar a substituição ou a criação de um elemento personalizado?

Um orçamento preciso depende dos fatores que, na realidade, estão na origem da acumulação de resíduos. Prepare:

• Descrição do feed: fonte, TSS ou intervalo de turbidez, presença de FOG, polímeros ou coagulantes, e quaisquer condições anormais.
• Química e temperatura: intervalo de pH, oxidantes ou biocidas, produtos químicos de limpeza e temperatura máxima.
• Hidráulica: caudal nominal e caudal de pico, ΔP limpo, ΔP terminal admissível e pressão de funcionamento.
• Detalhes do alojamento: comprimento do elemento, diâmetro exterior, tipo de encaixe nas extremidades, método de vedação e número de posições.
• Meta de desempenho: retenção exigida, limite a jusante ou requisitos relativos à membrana, e se é possível uma filtração em fases.
• Plano de limpeza: se o elemento será submetido a uma lavagem inversa ou a uma limpeza química, e por que método.
• Quantidade e amostragem: volume anual e se são necessárias amostras de teste.

Peça amostras aos fornecedores para testar nas suas próprias instalações antes de se comprometer com uma encomenda em grande quantidade e chegue a acordo previamente sobre quais os valores de recuperação de ΔP e duração de funcionamento que serão considerados um sucesso. Qualquer afirmação do fornecedor relativa ao desempenho deve ser verificada em comparação com os seus próprios dados.

Perguntas mais frequentes

O que provoca a obstrução dos invólucros dos filtros nas estações de tratamento de águas residuais?

As principais causas são sólidos em suspensão e arrastamento de flocos, gorduras, óleos e graxas, resíduos de polímeros, biofilme, incrustações minerais e óxidos de ferro ou manganês. Caixas de dimensões insuficientes, capacidades nominais erradas, derivações e orifícios de ventilação obstruídos podem agravar ou simular a incrustação.

Como posso saber se devo limpar ou substituir um elemento filtrante?

Verifique a capacidade de limpeza do elemento e o ΔP do terminal, indicados pelo fabricante. Se a limpeza restabelecer o ΔP para um valor próximo do valor de referência em condições de limpeza, com o caudal correspondente, significa que a limpeza está a funcionar. Se a recuperação diminuir a cada ciclo, substitua o elemento.

Que diferença de pressão deve levar à substituição?

Não existe um valor universal. O ΔP terminal depende do design do elemento, da caixa e do processo; por isso, utilize o limite indicado pelo fabricante e a sua própria referência. Compare as leituras com caudais equivalentes, uma vez que um caudal mais baixo pode dar a impressão de que o ΔP melhora.

Uma classificação em mícrons mais fina reduz a formação de incrustações?

Em geral, não. Um filtro com granulometria mais fina na mesma linha de alimentação costuma carregar mais rapidamente e não impede a formação de FOG, biofilme ou incrustações. Uma configuração em etapas, com um primeiro filtro de granulometria mais grossa, tem frequentemente um melhor desempenho do que um único elemento de filtragem fina.

Os filtros de plástico sinterizado são adequados para o tratamento de águas residuais?

Podem ser adequadas para determinadas tarefas em que os sólidos ou os resíduos orgânicos possam ser removidos através da limpeza e em que o polímero seja compatível com a composição química da água, a temperatura e a pressão. Verifique primeiro junto do fabricante a resistência química, o comportamento de humedecimento e os limites de limpeza.

Como é que se distingue a incrustação biológica da formação de incrustações minerais?

A bioincrustação produz normalmente lodo, odor e um aumento da ΔP em condições de baixa turbidez. O depósito é duro ou crostoso e pode efervescer em ácido diluído, caso seja composto por carbonato. A análise laboratorial do depósito constitui a confirmação fiável.

Que produtos químicos são seguros para a limpeza de peças de polietileno ou poliamida?

Depende do tipo, da concentração, da temperatura e do tempo de contacto. O polietileno é, em geral, resistente a muitos ácidos e álcalis, mas sensível a oxidantes fortes ao longo do tempo, enquanto a poliamida é menos resistente a ácidos e oxidantes fortes. Solicite os limites por escrito ao fornecedor.