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Polarização de Concentração em Osmose Reversa: Desafios e Soluções

Com o aumento da demanda global por água e escassez hídrica, o tratamento por osmose reversa (OR) cresce. OR aplica-se em abrandamento, desinfecção, dessalinização e remoção de poluentes inorgânicos. O desempenho da membrana permeável depende de sua capacidade de reter solutos — fenômeno chamado polarização de concentração.

Modelos de Osmose Reversa

• Três modelos atuais:
  • Termodinâmica irreversível: membrana próxima ao equilíbrio, fluxos descritos por relações fenomenológicas.
  • Membrana homogênea: polímero não poroso, transporte por difusão.
  • Modelo poroso: transporte por difusão e convecção por poros que atravessam a membrana.

Polarização de Concentração

• Acúmulo de solutos que não cruzam a superfície da membrana. Resultado: um lado da membrana tem concentração de soluto maior que o outro. Afetada por propriedades da membrana e do soluto, e campos de fluxo transversal e axial. Impacta substancialmente o desempenho da OR e prevê formação de incrustação (scaling) na superfície.

Dificuldades de Modelagem

• Aumenta a dificuldade de calcular concentração de soluto na parede (necessária ao projeto). Gradiente de concentração elevado aumenta fluxo de soluto através da membrana. Altera propriedades de separação da membrana.

Outras Desvantagens

• Excedido o limite de solubilidade, causa precipitação de soluto → fouling (incrustação particulada) e scaling (incrustação superficial). Pressão osmótica elevada na parede reduz fluxo de água. Ambos agravados por acúmulo de material na alimentação, bloqueando a superfície da membrana.