Desenvolvimento de membrana reciclada para sistema descentralizado de tratamento de água com elevada concentração de ferro e manganês para abastecimento | Development of a recycled membrane for decentralized system water treatment with high concentration of iron and manganese for supply

Recycling of Reverse Osmosis (RO) membranes by oxidative treatment is an alternative to minimize the impacts of disposal and increase access to drinking water. The objective of this research was to develop recycled membranes capable of retaining dissolved iron (Fe) and manganese (Mn) from surface water, for supply purposes. On the bench scale, end-of-life RO module, model BW30, was deconstructed to obtain membranes with approximate area of 0.64 cm². Oxidative treatment was done by sodium hypochlorite - NaClO (10-12%) immersion at exposure dose between 4,000 ppm·h and 80,000 ppm·h. Recycled membranes were tested with synthetic solution of ferric chloride (5 mg∙L-1 of Fe3+) and manganese sulfate (5 mg∙L-1 of Mn2+). The system was rated at pressures between 4 and 12 bar. Turbidity, apparent color, electrical conductivity, pH, and redox potential were also evaluated. At pilot scale, oxidative treatment was performed in the end-of-life RO module model LP-2540, whose area is 2.6 m². The performance of the recycled module was evaluated for water treatment from Paraopeba River, collected during dry and rainy periods, in continuous operation for 50 h and 1 bar pressure. Finally, the membrane recycling costs were evaluated. All recycled membranes were effective in Fe removal (> 99%), at bench scale. For Mn, it was possible to select a membrane recycling condition (33,000 ppm·h) with Mn removal satisfactory efficiency (~87%) and permeability of 7.35 L∙h-1∙m-²∙bar-1 like commercial nanofiltration membranes (7.20 L∙h-1∙m-²∙bar-1). Mn removal efficiency (> 98%) was enhanced by including pre-oxidation of the study water with NaClO (5 mg∙L-1 of Cl- and pH 8), followed by filtration through the recycled membrane (42,000 ppm·h). At pilot scale, recycled membrane (42000 ppm·h) performed like a moderately open ultrafiltration membrane with a permeability of ~39 L∙h-1∙m-²∙bar-1. Fe and Mn removals were > 99% and > 90%, respectively, with high efficiency in color and turbidity removal. Membrane recycling cost was predicted to be $11.50, considered 97% lower than available commercial membranes. Therefore, recycled membrane was shown to be efficient in removing dissolved Fe and Mn, and it is promising for decentralized water treatment for water supply.

A reciclagem de membranas de Osmose Inversa (OI) via tratamento oxidativo é uma alternativa para minimizar os impactos do descarte e ampliar o acesso à água potável. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver membranas recicladas capazes de reter ferro (Fe) e manganês (Mn) dissolvidos de águas superficiais, para fins de abastecimento. Na escala de bancada, utilizou-se o módulo de OI em fim de vida útil, modelo BW30, que foi desconstituído para obter amostras de membranas com área aproximada de 0,64 cm². A reciclagem das membranas foi feita por meio de imersão em hipoclorito de sódio - NaClO (10-12%), em intensidades de contato entre 4.000 ppm·h e 80.000 ppm·h. As membranas recicladas foram testadas com solução sintética de cloreto férrico (5 mg∙L-1 de Fe3+) e sulfato de manganês (5 mg∙L-1 de Mn2+). O sistema foi avaliado a pressões entre 4 e 12 bar. Também foram avaliados os parâmetros turbidez, cor aparente, condutividade elétrica, pH e potencial de oxirredução. Em escala piloto, o tratamento oxidativo foi feito no módulo de OI em fim de vida útil modelo LP-2540, cuja área é 2,6 m². O desempenho do módulo reciclado foi avaliado para o tratamento de água do rio Paraopeba, coletada nos períodos de seca e de chuvas, em operação contínua por 50 h e pressão de 1 bar. Por fim, avaliou-se os custos da reciclagem de membrana. Todas as membranas recicladas apresentaram efetividade na remoção de Fe (> 99%), em escala de bancada. No caso do Mn, foi possível selecionar uma condição de reciclagem de membrana (33.000 ppm·h) com boa eficiência de remoção de Mn (~ 87%) e permeabilidade de 7,35 L∙h-1∙m-²∙bar-1 similar à membranas de nanofiltração comercial (7,20 L∙h-1∙m-²∙bar-1). A eficiência de remoção do Mn (> 98%) foi potencializada incluindo-se a pré-oxidação da água de estudo com NaClO (5 mg∙L-1 de Cl- e pH 8), seguida de filtração pela membrana reciclada (42.000 ppm·h). Em escala piloto, a membrana reciclada (42000 ppm·h) apresentou desempenho semelhante a uma membrana de ultrafiltração (UF) moderadamente aberta, com permeabilidade de ~39 L∙h-1∙m-²∙bar-1. As remoções de Fe e Mn foram > 99% e > 90%, respectivamente, com alta eficiência na remoção de cor e turbidez. O custo da reciclagem de membrana foi previsto em US$ 11,50, considerado 97% menor do que as membranas comerciais disponíveis. Portanto, a membrana reciclada indicada mostrou-se eficiente na remoção de Fe e Mn dissolvidos, sendo promissoras para o tratamento descentralizado de água para abastecimento.