Investigação dos mecanismos de incrustação de membranas usadas para tratamento e água e efluentes

• Processo: 24/18292-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Estímulo a Vocações Científicas
• Data de Início da vigência: 14 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 01 de março de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Míriam Cristina Santos Amaral
• Beneficiário: Maria Eduarda de Oliveira Crist
• Instituição Sede: Escola de Engenharia. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Ministério da Educação (Brasil). Belo Horizonte , SP, Brasil
• Assunto(s): Tratamento de água Processos de separação Incrustação Membranas Aprendizado computacional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise de Superfície | Incrustação de membranas | machine learning | Tecnologias de membranas | Tratamento de água | Tratamento de Efluentes | Processos de separação por membranas

Resumo

O acesso à água limpa, saneamento adequado e higiene é uma necessidade humana fundamental para a saúde e o bem-estar. Tecnologias de membranas são reconhecidas por sua robustez e eficiência na produção de água potável e/ou água de reúso a partir de efluentes. As membranas funcionam como barreiras seletivas, permitindo a passagem de certas substâncias, em função de suas propriedades como tamanho ou carga, enquanto outras são retidas. As principais tecnologias de membrana aplicadas ao tratamento de água e efluentes são processos acionados por pressão, como microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e osmose inversa (OI). As membranas MF removem partículas suspensas, enquanto a UF, com poros menores, remove também microrganismos e macromoléculas. A NF é eficaz para tratar água com compostos inorgânicos, como íons multivalentes, e substâncias orgânicas. Entanto a OI é adotada para dessalinização. No entanto, a incrustação das membranas é um fator crítico, reduzindo sua seletividade, permeabilidade e vida útil. Compreender e mitigar os mecanismos de incrustação é crucial para otimizar o desempenho das membranas. A incrustação pode ser classificada como: bioincrustação (controlada por biocidas), incrustação inorgânica (gerenciada por inibidores de incrustação) e incrustação orgânica (que requer pré-tratamento eficaz). Técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier podem ser usadas para estudar os mecanismos de incrustação. Nos últimos anos, técnicas de aprendizado de máquina (ML) têm sido aplicadas com sucesso para prever incrustações de membrana e características do permeado, promovendo uma gestão mais eficiente dos sistemas. Desde 2010, o Grupo de Estudo e Aplicação de Processos de Separação por Membranas (GEAPS Membranas), coordenado pelo Proponente, investiga o uso de membranas para tratamento de água e efluentes, com foco no reúso de água e recuperação de subprodutos. A candidata, Maria Christ, vem desenvolvendo trabalhos no CNPEM envolvendo simulações computacionais atreladas às propriedades de materiais, incluindo filmes finos. Desta forma, este projeto visa integrar a experiência do GEAPS Membranas em tecnologias de membranas com a expertise de Maria em simulações, para investigar os mecanismos de incrustação no tratamento de água e efluentes, estabelecendo estratégias eficazes de controle. A Candidata será inserida no Grupo de Pesquisa e terá apoio de uma equipe multidisciplinar envolvendo professores, doutorandos, mestrandos e graduandos das áreas de engenharia química, engenharia ambiental, estatística e matemática do Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos. O trabalho será dividido em duas etapas. Na primeira, Maria monitorará as operações dos sistemas de membranas para tratamento de água e efluentes, sob supervisão da Proponente e alunos de pós-graduação. Amostras de membranas incrustadas serão coletadas e analisadas no Centro de Microscopia da UFMG e em outros laboratórios. As amostras serão caracterizadas por MEV, MFA, análise de potencial zeta, espectroscopia de raios X por dispersão de energia e FTIR. Simultaneamente, serão coletados dados de fluxo de permeado, pressão, temperatura e características físico-químicas da alimentação e do permeado. Na segunda etapa, os dados serão analisados e modelos preditivos serão desenvolvidos para prever o desempenho das membranas em função da incrustação e das estratégias de controle adotadas. O estágio de verão na UFMG proporcionará a Maria um ambiente propício ao desenvolvimento de pensamento científico, criatividade e análise crítica, estimulados pelos desafios da pesquisa. Além disso, a experiência fortalecerá sua formação multidisciplinar, permitindo que ela aplique seus conhecimentos prévios em um novo campo. O estágio contribuirá de forma significativa para o seu desenvolvimento acadêmico e científico. (AU)