中文简体A membrana de osmose reversa (RO) é uma barreira de filtração semipermeável que remove contaminantes dissolvidos da água, forçando-a através de uma densa camada de polímero sob pressão. Rejeita até 99% de sais dissolvidos, metais pesados, bactérias, vírus e outros contaminantes ao mesmo tempo que permite a passagem das moléculas de água - produzindo água que é mais limpa do que a maioria das fontes de água da torneira e engarrafada. É o principal componente funcional de qualquer sistema de filtragem por osmose reversa, seja usado em uma unidade doméstica sob a pia, em uma planta de dessalinização industrial ou em um processo de purificação farmacêutica.
Ao contrário dos filtros mecânicos que bloqueiam fisicamente as partículas por tamanho, uma membrana RO funciona no nível molecular – seus poros são aproximadamente 0,0001 mícrons (0,1 nanômetros) de diâmetro, cerca de 500.000 vezes menor que um fio de cabelo humano. Isso o torna eficaz contra contaminantes que passam livremente através de filtros de carbono e membranas de ultrafiltração.
A ciência por trás de como funciona uma membrana de osmose reversa
Para entender a osmose reversa, é útil primeiro entender a osmose regular. Na osmose natural, a água se move espontaneamente através de uma membrana semipermeável de uma região de baixa concentração de soluto para uma região de alta concentração de soluto, equalizando a concentração em ambos os lados. A pressão que impulsiona esse movimento natural é chamada de pressão osmótica.
A osmose reversa aplica pressão externa maior que a pressão osmótica para forçar a água na direção oposta – do lado concentrado (contaminado) para o lado diluído (limpo). A membrana permite a passagem das moléculas de água, mas rejeita íons, moléculas e partículas dissolvidas que são muito grandes ou muito carregadas eletricamente para passar.
Para água da torneira municipal típica, a pressão osmótica é baixa – cerca de 5–15 PSI. Os sistemas RO para uso doméstico operam em 50–80 PSI , bem acima deste limite. Os sistemas de dessalinização de água do mar devem superar pressões osmóticas de 350–600 PSI, razão pela qual os sistemas industriais de OR exigem bombas de alta pressão.
Os dois fluxos de saída
Cada membrana RO produz dois fluxos de água simultaneamente:
- Permeado (produto água): A água purificada que passou através da membrana, normalmente contendo menos de 1% dos sólidos dissolvidos originais.
- Concentrado (rejeitar ou salmoura): A água restante transporta os contaminantes rejeitados, que é descarregada para drenar. Em sistemas residenciais, as taxas de recuperação típicas são 50–75% — o que significa que 1–3 litros de água são descartados para cada litro de água purificada produzida.
Membranas e sistemas modernos de OR de alta eficiência com bombas de permeado ou projetos de circuito fechado podem atingir taxas de recuperação acima de 80%, reduzindo significativamente o desperdício de água em comparação com projetos mais antigos.
Estrutura Física de uma Membrana de Osmose Reversa
O termo "membrana RO" pode se referir à própria camada funcional fina ou ao elemento de membrana completo - a forma embalada na qual as membranas são vendidas e instaladas. Compreender a diferença é importante ao comparar especificações.
A estrutura da camada do composto de filme fino (TFC)
Quase todas as membranas RO modernas usam Composto de Filme Fino (TFC) construção, composta por três camadas distintas unidas entre si:
- Rede de suporte de poliéster (~120 µm de espessura): A camada de base estrutural que fornece resistência mecânica. Não participa da filtração, mas evita que a membrana se rompa sob pressão.
- Camada intermediária de polissulfona microporosa (~40 µm de espessura): Uma camada intermediária semelhante a uma esponja que fornece um substrato uniforme para a camada ativa, ao mesmo tempo que permite a passagem relativamente livre da água.
- Camada ativa de poliamida (~0,2 µm de espessura): A verdadeira barreira de filtração, formada pela polimerização interfacial de m-fenilenodiamina e cloreto de trimesoíla. Esta camada contém os poros em nanoescala que rejeitam contaminantes dissolvidos. Apesar de ter apenas 200 nanômetros de espessura, é responsável por essencialmente todo o desempenho de separação da membrana.
As membranas TFC substituíram as antigas membranas de acetato de celulose (CA) na maioria das aplicações porque oferecem taxas de rejeição mais altas (98–99,7% vs. 85–95%), maior tolerância ao pH (2–11 vs. 4–8) e vida útil mais longa . A sua principal limitação é a sensibilidade ao cloro livre, que degrada a camada de poliamida – razão pela qual a pré-filtração de carbono é essencial em sistemas de água municipal clorada.
Configuração do elemento enrolado em espiral
Para maximizar a área de superfície da membrana dentro de um invólucro compacto, as membranas TFC são fabricadas em elementos enrolados em espiral . As folhas planas da membrana são laminadas com espaçadores de malha e enroladas firmemente em torno de um tubo de coleta central perfurado, como um rolo enrolado. Um elemento residencial padrão de 75 GPD (galões por dia) com um invólucro de 1,8" x 12" contém aproximadamente 0,5–0,7 m² de área de membrana ativa . Um elemento industrial de tamanho real de 4" × 40" contém de 7 a 10 m².
A água de alimentação flui axialmente ao longo da parte externa da espiral através dos espaçadores de malha; a água purificada permeia através da membrana e espirala para dentro em direção ao tubo de coleta central; água rejeitada concentrada sai pela extremidade do elemento.
Quais contaminantes uma membrana de osmose reversa remove
As membranas RO rejeitam contaminantes através de dois mecanismos: exclusão de tamanho (a molécula é fisicamente muito grande para passar pelo poro) e repulsão de carga (íons dissolvidos são repelidos pela superfície de poliamida carregada negativamente). As taxas de rejeição variam de acordo com o tipo de contaminante, temperatura, pressão e condição da membrana.
| Categoria de contaminante | Exemplos | Taxa típica de rejeição de RO |
|---|---|---|
| Sais dissolvidos (monovalentes) | Sódio, potássio, cloreto | 92–96% |
| Sais dissolvidos (divalentes) | Cálcio, magnésio, sulfato | 97–99% |
| Metais pesados | Chumbo, arsênico, cromo, cádmio | 95–99% |
| Nitratos e flúor | Nitrato, nitrito, flúor | 85–95% |
| Microrganismos | Bactérias, vírus, cistos (Giardia, Cryptosporidium) | >99,9% |
| Produtos farmacêuticos e hormônios | Estrogênio, antibióticos, ibuprofeno | 94–99% |
| PFAS (produtos químicos para sempre) | PFOA, PFOS | 90–99% |
| Gases dissolvidos | CO₂, sulfeto de hidrogênio | Baixo (os gases passam livremente) |
Uma limitação importante: as membranas de RO não removem efetivamente os gases dissolvidos (CO₂, radônio, sulfeto de hidrogênio) porque as moléculas do gás são pequenas o suficiente para passar através da estrutura do polímero. As cloraminas e alguns pesticidas com pesos moleculares pequenos também apresentam taxas de rejeição reduzidas em comparação com sólidos dissolvidos maiores.
Tipos de membranas de osmose reversa e suas aplicações
As membranas RO são fabricadas em diversas configurações otimizadas para diferentes fontes de água, faixas de pressão e requisitos de saída.
Membranas de Água Salobra
O tipo mais comum para uso residencial e comercial leve. Projetado para água de alimentação com TDS (sólidos totais dissolvidos) de 500–10.000 mg/L , operando a 50–200 PSI. Os sistemas RO domésticos padrão usam membranas de água salobra avaliadas em 50–100 GPD. Essas membranas alcançam rejeição de sal de 96 a 99% sob condições de teste (25°C, 250 PSI, alimentação de NaCl de 2.000 mg/L).
Membranas de Água do Mar
Projetado para água de alimentação com TDS acima de 10.000 mg/L (água do mar em média 35.000 mg/L). Estas membranas possuem uma camada ativa mais densa que atinge 99,3–99,8% de rejeição de sal mas requerem pressões operacionais de 600–1.200 PSI. Eles são usados exclusivamente em usinas de dessalinização em grande escala e não são intercambiáveis com membranas de água salobra.
Membranas de baixa energia/alto fluxo
Uma categoria mais recente projetada para fornecer maior fluxo de permeado em pressões operacionais mais baixas - normalmente 45–60 PSI para aplicações residenciais. Essas membranas sacrificam uma pequena quantidade de desempenho de rejeição (95–97% vs. 97–99%) em troca de taxas de produção mais rápidas e menor consumo de energia. Eles são cada vez mais usados em sistemas RO "instantâneos" sem tanque.
Membranas de Nanofiltração (NF)
Tecnicamente uma categoria separada, mas intimamente relacionada, as membranas NF têm poros ligeiramente maiores que as membranas RO (0,001 mícron vs. 0,0001 mícron). Eles operam em pressões mais baixas e passam íons monovalentes (sódio, cloreto) enquanto rejeitam íons divalentes (cálcio, magnésio) e moléculas orgânicas. O NF é comumente usado para amaciamento de água e remoção de orgânicos onde a dessalinização completa não é necessária.
Principais especificações de desempenho e o que elas significam
Ao avaliar ou comparar membranas de OR, diversas especificações publicadas impactam diretamente o desempenho do sistema em condições reais.
| Especificação | Definição | Valor Residencial Típico |
|---|---|---|
| Capacidade nominal (GPD) | Galões de permeado produzidos por dia em condições de teste | 50–600 GPD |
| Taxa de rejeição de sal (%) | % de NaCl (ou TDS) removido sob condições de teste padrão | 96–99% |
| Taxa de recuperação (%) | % de água de alimentação convertida em permeado (vs. rejeitada para drenagem) | 50–75% (nível do sistema) |
| Faixa de pressão operacional | Faixa de pressão de alimentação para desempenho nominal | 40–100 PSI |
| Temperatura máxima de operação | Limite superior de temperatura da água de alimentação antes de danos na membrana | 45°C (113°F) |
| tolerância ao pH | Faixa de pH aceitável da água de alimentação durante a operação | 2–11 (TFC); 4–8 (CA) |
| Tolerância ao cloro | Exposição máxima contínua ao cloro livre | <0,1 ppm (TFC); 1 ppm (CA) |
Observe que os valores nominais de GPD e rejeição são medidos em condições de teste padrão: 77°F (25°C), pressão de alimentação de 60–65 PSI e 500mg/L de água de alimentação de NaCl . O desempenho no mundo real será diferente – água fria (abaixo de 60°F) pode reduzir a produção em 40–50%, e a baixa pressão de alimentação (abaixo de 40 PSI) reduz significativamente a produção e a rejeição.
Fatores que degradam o desempenho da membrana RO ao longo do tempo
Uma membrana RO bem conservada em um sistema adequadamente projetado deve durar 2–5 anos em uso residencial e 3–7 anos em aplicações comerciais. Várias condições aceleram a degradação:
Exposição ao cloro e à cloramina
O cloro livre oxida a camada ativa de poliamida, causando furos microscópicos que reduzem progressivamente a rejeição de sal. Mesmo a exposição em 0,1 ppm de cloro contínuo degradará mensuravelmente uma membrana TFC ao longo de 6–12 meses. Os pré-filtros de bloco de carbono devem ser substituídos dentro do prazo – normalmente a cada 6–12 meses – para manter a proteção adequada contra o cloro.
Dimensionamento (Acúmulo de Depósito Mineral)
Carbonato de cálcio, sulfato de bário e sílica podem precipitar na superfície da membrana à medida que a água se concentra na corrente de rejeito. A incrustação reduz o fluxo de permeado e aumenta os requisitos de pressão operacional. Água dura com TDS acima 500 mg/L representa um risco elevado de escamação. A dosagem anti-incrustante ou o pré-tratamento com amaciante de água atenuam isso em aplicações de alta dureza.
Bioincrustação
As bactérias colonizam a superfície da membrana e formam biofilmes que bloqueiam o fluxo do permeado e introduzem contaminação biológica. A bioincrustação é acelerada pela água estagnada (sistemas deixados sem uso por longos períodos), pré-filtração inadequada e temperaturas quentes da água de alimentação acima de 30°C. A higienização do sistema a cada 6–12 meses com um desinfetante adequado para alimentos evita o acúmulo significativo de biofilme.
Danos físicos causados por picos de pressão
Eventos de golpe de aríete – picos repentinos de pressão devido ao fechamento da válvula ou inicialização da bomba – podem deformar fisicamente o elemento da membrana. A pressão de alimentação excede consistentemente a pressão nominal máxima da membrana ( normalmente 100–120 PSI para membranas residenciais ) comprime a estrutura do elemento de forma irreversível, reduzindo os canais de fluxo e o desempenho.
Como saber quando sua membrana RO precisa ser substituída
Ao contrário dos filtros de sedimentos ou de carbono que mostram sinais visíveis de exaustão, uma membrana de OR em degradação requer medição para ser avaliada com precisão. Confiar apenas no tempo (por exemplo, “substituir a cada 2 anos”) é uma aproximação grosseira. Estes são os indicadores confiáveis:
- Aumento de TDS no permeado: O indicador mais direto. Meça a água de alimentação e permeie o TDS com um medidor de TDS barato. Uma taxa de rejeição abaixo 85% em um sistema com pré-filtros funcionando adequadamente normalmente indica degradação da membrana. Novas membranas devem apresentar rejeição de 95–99%.
- Taxa de produção significativamente reduzida: Se um sistema que anteriormente enchia seu tanque de armazenamento em 2 a 3 horas agora leva de 6 a 8 horas com pressão e temperatura de alimentação inalteradas, o fluxo da membrana diminuiu devido a incrustações ou degradação física.
- Maior proporção dreno-produto: Se o fluxo de rejeito flui muito mais rápido em relação ao permeado do que quando o sistema era novo, a resistência da membrana aumentou – muitas vezes um sinal de incrustação ou bioincrustação.
- Mudanças de sabor ou odor na água do produto: Uma deterioração repentina no sabor ou um retorno do odor de cloro após a pós-filtração de carbono pode indicar uma ruptura na membrana, permitindo que a água não tratada contorne a filtração.
Selecionando a membrana RO certa para sua aplicação
A escolha de uma membrana de substituição ou atualização envolve combinar as especificações da membrana com sua fonte de água, projeto do sistema e necessidades de produção. A lista de verificação a seguir cobre os critérios críticos de seleção:
- Meça o TDS da água de alimentação. Se o TDS da água da torneira estiver abaixo de 2.000 mg/L (típico para água municipal), uma membrana de água salobra padrão é apropriada. Água de poço acima de 2.000 mg/L pode se beneficiar de uma variante de membrana de alta rejeição.
- Verifique a pressão da água de alimentação. Os sistemas que funcionam a baixa pressão (35–50 PSI) devem utilizar uma membrana de baixa energia classificada para essa faixa. As membranas padrão a baixa pressão produzirão menos e apresentarão rejeição reduzida.
- Combine o tamanho da membrana com a sua caixa. As membranas residenciais vêm em tamanhos padrão: 1,8" × 12" (mais comum para sistemas de 5 estágios embaixo da pia) e 1,8" × 11,75" para alguns sistemas compactos. Elementos industriais de 4" × 40" e 4" × 21" não são intercambiáveis com caixas residenciais.
- Escolha a capacidade de produção (PIB) com base na procura das famílias. Uma família de 4 pessoas que usa um sistema RO para beber e cozinhar normalmente precisa 50–100 GPD . Um sistema sem tanque requer uma membrana de classificação mais alta (200 GPD) para fornecer água sob demanda, sem armazenamento.
- Confirme a compatibilidade com os contaminantes específicos de sua preocupação. Se arsênico, flúor ou nitratos forem preocupações principais, selecione uma membrana com dados de rejeição certificados para esses contaminantes específicos – a certificação NSF/ANSI Standard 58 exige testes em relação a listas de contaminantes específicos.
Para uso residencial, membranas certificadas para NSF/ANSI 58 foram testados e verificados de forma independente para reivindicações de segurança de material e redução de contaminantes. Esta certificação é a garantia mais confiável de desempenho no mundo real e deve ser um requisito mínimo ao selecionar qualquer membrana RO para uso em água potável.
