Sistemas de filtragem de água de alto desempenho – necessários para reduzir a escassez de água – também podem reduzir custos e consumo de energia, segundo uma nova análise liderada pela Northwestern University.
No novo estudo, os pesquisadores realizaram uma análise de alto nível dos sistemas de filtração por membrana para avaliar o custo, o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa associados à dessalinização e tratamento de águas residuais. Os pesquisadores examinaram especificamente as membranas anti-incrustantes, um sistema de filtragem de alto desempenho que resiste ao acúmulo de contaminantes.

Embora as membranas resistentes à sujeira possam custar mais dinheiro quando compradas, elas custam menos ao longo de sua vida útil do que as membranas mais baratas e não resistentes à sujeira, que exigem limpeza frequente e precisam ser substituídas com mais frequência. De fato, os pesquisadores descobriram que as instalações de águas residuais municipais poderiam gastar 43% mais em membranas anti-incrustantes para tratamento de águas residuais e até três vezes mais em membranas anti-incrustantes para dessalinização, e ainda manter seus custos operacionais básicos.

À medida que a infraestrutura envelhecida e as mudanças climáticas estressam o abastecimento de água, muitos municípios e pesquisadores estão explorando processos, incluindo dessalinização e tratamento de águas residuais, que podem aumentar a disponibilidade de água de recursos hídricos menos convencionais, como água salobra. Investir antecipadamente em membranas anti-incrustantes pode ajudar a reduzir os custos desses sistemas de tratamento tipicamente caros.

"Com a crescente escassez de água, tecnologias como a dessalinização estão se tornando mais importantes do que nunca", disse Jennifer Dunn, da Northwestern, que liderou o trabalho. "Mas sempre há compensações entre desempenho de engenharia e custo. Um sistema de filtragem pode ter um desempenho incrível, mas se o custo for muito alto, as pessoas não adotarão a tecnologia. Esperamos que nossa modelagem e análise possam ajudar a orientar a pesquisa e o desenvolvimento."

O estudo foi publicado em 15 de agosto na revista ACS ES&T Engineering . Ele marca o primeiro estudo publicado em coautoria internacional do U.S.-Israel Collaborative Water-Energy Research Center (CoWERC), um consórcio global de instituições de pesquisa, concessionárias de água e empresas privadas que explora novas soluções para desafios críticos no nexo energia-água .

Dunn é professor associado de engenharia química e biológica na McCormick School of Engineering da Northwestern e diretor do Center for Engineering Sustainability and Resilience. Sabyasachi Das e Margaret O'Connell, ambas membros do laboratório de Dunn, são as co-primeiras autoras do artigo.

Nos sistemas de filtração por membrana, uma membrana atua como uma barreira física entre a água potável e os contaminantes. As bombas empurram a água através da membrana, que é preenchida com poros micro, nano ou até menores. A membrana retém partículas finas enquanto permite que a água flua através dos poros.

A incrustação ocorre quando os contaminantes se acumulam na superfície da membrana, obstruindo os poros. Quando uma membrana sofre incrustação, são necessárias pressões mais altas para bombear a água. Eventualmente, no entanto, a incrustação torna-se tão extensa que a membrana deve ser limpa ou até mesmo totalmente substituída. A energia e os custos associados ao aumento da pressão da água, limpeza e substituição podem aumentar os custos operacionais de uma estação de tratamento.

Por outro lado, as membranas anti-incrustantes possuem químicas de superfície especializadas que impedem o acúmulo de contaminantes. Isso leva à diminuição da frequência de limpeza e a uma vida útil geral estendida da membrana. No estudo, os pesquisadores descobriram que aumentar a vida útil da membrana foi o fator mais influente na redução das despesas operacionais.

"Todo o processo de dessalinização gira em torno desta membrana", disse Dunn. "Qualquer coisa que possamos fazer para melhorar a vida útil da membrana ou reduzir os custos de limpeza ajudará a reduzir o custo da água limpa".

Dunn espera que este estudo ajude os formuladores de políticas, tomadores de decisão e operadores de estações de tratamento de água a perceberem que as instalações de tratamento de água podem tolerar o custo do uso de membranas mais caras e de alto desempenho. Isto é particularmente verdadeiro para plantas de dessalinização, 65% das quais já usam sistemas de filtração baseados em membranas.

"Há um retorno em termos de consumo de energia reduzido e frequência reduzida de compra de novas membranas", disse Dunn. "Se queremos construir mais usinas de dessalinização para reduzir a escassez de água, queremos fazê-lo de uma forma que não aumente o consumo de energia. Está tudo interligado." + Explorar mais

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