Operational evaluation and retention of bisphenol-A applied to water treatment : a pilot scale study using different membrane types

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, 2016.Os problemas de qualidade e disponibilidade de água nos grandes centros urbanos são crescentes e demandam soluções preventivas e corretivas. Com relação à segurança da qualidade da água de consumo humano, um dos desafios é a remoção de microcontaminantes e patógenos emergentes e os processos de separação por membranas (PSM) têm se mostrado como uma opção promissora. As membranas de ultrafiltração (UF) são empregadas na remoção de material em suspensão e patógenos, e as de nanofiltração (NF) e osmose inversa (OI) são utilizadas na remoção de substâncias dissolvidas, entre elas o bisfenol-A (BFA). No presente trabalho foi avaliado, em escala piloto, o tratamento de água por três tipos de PSM, considerando o desempenho operacional, a rejeição de BFA e de outros contaminantes físico-químicos e microbiológicos. Foram utilizadas quatro membranas distintas, sendo: uma de UF (GS-5101U-S4); duas de NF (NF270 e NF90); e uma de OI (TW30). A UF foi empregada no tratamento da água do lago Paranoá e o seu permeado utilizado para alimentar a OI, enquanto as membranas de NF foram alimentadas com o efluente dos filtros ETA Brasília (DF). Tanto no caso da OI, como das NF, a água de alimentação foi enriquecida com bisfenol-A. A UF apresentou elevados valores de rejeição de turbidez (92%), coliformes (100%) e clorofila-a (97%) para valores iniciais de, respectivamente, 5,6UT, >24.196NNP/100mL e 3,9μg/L. Nas condições definidas como padrão o fluxo de permeado (Jp) médio da UF foi de 62L/(h.m2), a pressão transmembrana (PTM) média foi de 37,8kPa e a recuperação média foi de 96,1%. O aumento do tempo entre limpeza, do Jp e a adoção de etapa de coagulação influenciaram negativamente o desempenho operacional da UF. Entre as membranas de alta pressão estudadas, a NF90 apresentou melhor desempenho operacional, com Jp médio de 39,4L/(h.m2) e recuperação média de 22%. A membrana NF270 apresentou Jp médio de 8,7L/(h.m2) e recuperação média de cerca de 5%, e no caso da membrana de OI o Jp médio foi de 17,2L/(h.m2) e a recuperação média 8%. A rejeição de BFA pelas membranas TW30 e NF90 foi praticamente 100%, enquanto, a membrana NF270 apresentou rejeição entre 43 e 54%. Por outro lado, a rejeição de BFA pela membrana de UF foi praticamente inexistente.Water quality and availability in urban areas is a matter of growing concern and claim for preventive e corrective solutions. Regarding the safety of drinking water, one of the challenges is the removal of emerging micropollutants and pathogens and membrane separation processes (MSP) are promising technologies. Ultrafiltration membranes (UF) are mainly applied for the removal of suspended solids and pathogens, while nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) are recommended for the retention of dissolved substances, bisphenol-A (BPA) amongst them. In this study it was evaluated, in pilot scale, the capabilities of three types of MSP in treating water, considering their operational performance, BPA rejection, as well as the rejection of other physicochemical and microbiological contaminants. Four membranes were evaluated: one UF membrane (GS-5101U-S4), two NF membranes (NF270 and NF90) and one RO membrane (TW30). The UF membrane was fed with Paranoá lake water, and the UF permeate was used to feed the pilot RO system. The filtrated water from a local water treatment plant (ETA Brasilia, DF) was used as raw water for the NF membranes pilot plant. The feed water of both RO and NF membranes was spiked with bisphenol-A. High rejection of turbidity (92%), chlorophyll-a (97%) and coliforms (100%) was obtained when UF was evaluated, for initial values of, respectively, 5.6NTU, >24,196NNP/100mL e 3.9μg/L. For the standard operation conditions, UF permeate flux was 62 L/(h.m2), transmembrane pressure (TMP) was 37.8kPa and average recovery was 96%. The adoption of chemical coagulation stepprior to UF and the increase of cleaning intervals or permeate fluxes, resulted in adverse influence on UF operational performance. The NF90 membrane showed the best overall performance amongst the high pressure membranes. NF90 average permeate flux was 39.4L/(h.m2), while NF270 and TW30 were, respectively, 8.7 and 17.2 L/(h.m2). Average recoveries were 22%, 5% and 8% for NF90, NF270 and TW30, respectively. Both NF90 and TW30 (tighter membranes) provided BPA rejections, around 100%, while the NF270 membrane (looser membrane) showed BPA rejection between 43 and 54%. There was no detectable BPA rejection by the UF membrane whatsoever