Vinasse concentration by microfiltration followed by nanofiltration

Resumo: A aplicação de vinhaça na lavoura, como fertirrigação, é prática adotada e muito difundida entre as destilarias brasileiras, existindo inúmeros estudos que comprovam os resultados positivos na produtividade agrícola. Mas devido à normativa CETESB P4.231 o setor sucroalcooleiro se prepara para transportar a vinhaça para distâncias maiores e uma das soluções para o transporte de grandes volumes de vinhaça é o seu uso na forma concentrada nestas áreas. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi concentrar vinhaça utilizando microfiltração (MF) seguida de nanofiltração (NF). Os ensaios foram conduzidos em uma unidade laboratorial à 60ºC e 500 rpm. Para MF, as membranas poliméricas de Celulose (CEL) de 100 kDa e de Polifluoreto de Vinilideno (PVDF) de 0,2 µm, foram submetidas às pressões de 1,0; 1,8; 2,6 e 3,4 bar até fator de concentração (FC) igual a 4, sendo o permeado selecionado direcionado para a NF, usando membranas de Polietersulfona (PES) de 300 Da, 500 Da e 1000 Da e pressões de 15, 25 e 35 bar, até FC igual a 2. O desempenho das membranas foi avaliado através da retenção de sólidos totais e fluxo de permeado. Os resultados da MF mostraram retenções de sólidos totais de 35 a 40% e fluxos de permeado estabilizados por volta de 35 kg/m².h a FC=4. Os permeados selecionados na MF foram com membranas de CEL de 100 kDa a 1,8 bar e de PVDF de 0,2 µm a 1 bar sendo submetidos à NF. As retenções de sólidos totais obtidas na NF foram de 47-75%, sendo as maiores observadas para a membrana de PES de 500 Da. O fluxo de permeado variou de 28,9 a 183,2 kg/m².h a FC=2, no qual o aumento da pressão transmembrana ocasionou o aumento do fluxo e os melhores resultados foram observados para membrana de PES 1000 Da a 35 bar. Os fluxos de permeado obtidos na MF apresentaram curvas típicas de permeação e na NF fluxos paradoxais. Concluiu-se que os processos que apresentaram melhor desempenho global foram com a membrana de CEL 100 kDa a 1,8 bar seguida de PES 1000 Da a 35 bar e PVDF 0,2 µm a 1 bar seguida de PES 1000 Da a 35 bar. O concentrado final apresentou por volta de 3,9% de sólidos totais aumentado a sua concentração para aplicação em áreas mais distantes das usinas e todos os permeados estéreis formados poderão ser concentrados posteriormente ou utilizados em outros processosAbstract: The application of vinasse on sugar cane plantations as fertirrigation is a practice widespread among alcohol distilleries in Brazil, supported by numerous studies that prove the effectiveness in agricultural productivity. Due to technical guidelines CETESB P4.231 the sugar cane sector has been prepared to carry the vinasse to long-distance areas and a solution to reduce transportation costs is its use in concentrated form on these areas. Inside this context, this study aimed to concentrate vinasse by microfiltration (MF) followed by nanofiltration (NF). The process was carried out in a laboratory unit at 60ºC and 500 rpm. For MF, the polymeric membranes used were Cellulose (CEL) 100 kDa and Polyvinylidene Fluoride (PVDF) 0.2 µm, at 1.0; 1.8; 2.6 and 3.4 bar until concentration factors (CF) of 4. Selected permeate from the MF was subjected to NF, for which 300 Da, 500 Da and 1000 Da molecular weight cut off Polyethersulfone (PES) membranes were evaluated, under three pressure conditions, 15, 25 and 35 bar until CF of 2. The process effectiveness was evaluated by the permeate flux and total solids concentration. Results of MF showed retention coefficients in the range of 35-40% and permeate flux stabilized around 35 kg/m².h at CF=4. The selected MF processes were CEL 100 kDa at 1.8 bar and PVDF 0.2 µm at 1 bar. Retentions in NF around 47-75% and the highest retentions were observed for PES 500 Da. Highest flux ranged from 28.9 to 183.2 kg/m².h at CF=2, at which the increase of transmembrane pressure resulted in higher fluxes and the best results were observed for PES 1000 Da at 35 bar. Permeate fluxes obtained through MF showed typical permeation and for NF flux-paradox was observed. It was concluded that the best overall performance was with CEL 100 kDa at 1.8 bar followed by PES 1000 Da at 35 bar and PVDF 0.2 µm at 1 bar followed by PES 1000 Da at 35 bar. The final retentates had about 3.9% of total solids, the increase in the vinasse concentration may allow its transportation to long-distance areas from distilleries with reduced costs. Also all sterile permeate may be concentrated and further used in other processe