A Empresa National Raisin de Fowler, Califórnia, teve boas e más notícias. As boas notícias foram que as vendas e a fabricação dos produtos da Champion Raisin aumentaram rapidamente. As más notícias foram que os custos com água residual também aumentaram rapidamente. Felizmente, graças a um novo sistema de filtração de membranas, a National Raisin não só conseguiu reduzir esses custos, mas também abriu uma fonte potencialmente lucrativa de renda adicional. Embora essa solução específica seja usada hoje apenas no processamento de uvas passas, os produtores de qualquer fruta seca—ameixas, damascos secos, etc.—talvez encontrariam benefícios semelhantes.
Processando em torno de 50000 toneladas de uvas passas por ano (200 toneladas por dia), a National Raisin é a segunda maior processadora e distribuidora de uvas passas dos EUA. A empresa gera entre 60000 e 80000 galões/dia (227125 e 302833 litros/dia) de água residual, principalmente do processo de lavagem das uvas passas. As uvas passas têm uma camada fina de poeira advinda do solo arenoso do Vale Central da Califórnia e precisam ser lavadas antes de acondicioná-las.
Se a poeira fosse o único problema, tanques de sedimentação ou filtros simples o resolveriam e a água de lavagem poderia ser reutilizada para irrigação e outras finalidades ou descartada na estação de tratamento local com um custo bem mínimo. No entanto, o problema real com a água de lavagem é que, quando limpa a poeira das uvas passas, alguns açúcares ali também se dissolvem na água. Agora a água de lavagem tem açúcar e isso gera uma alta demanda de oxigênio biológico (BOD). A aplicação na terra (irrigação) de água com BOD requer uma autorização especial que pode ser demorada e cara para se obter. Além disso, mais análises regulatórias contínuas e documentações são necessárias para manter as autorizações e as regulamentações de aplicação na terra sempre estão se tornando mais rígidas na Califórnia. Tal regulamentação é considerada essencial para conservar a qualidade geral da água subterrânea. Odores desagradáveis também podem ser produzidos quando a água de lavagem cheia de açúcar for descartada por meio da aplicação na terra.
As uvas passas entram no sistema de lavagem pela esteira transportadora na faixa de 200 toneladas por dia.
Por todas essas razões, a família Bedrosian, dona da empresa National Raisin, quis encontrar uma alternativa às aplicações na terra. Os Bedrosian foram criados na região de Fowler, perto da planta de processamento de uvas passas, e estão envolvidos com atividades cívicas locais. Orgulham-se de sua comunidade e, assim, a empresa sempre está comprometida em proteger o meio-ambiente local.
“Esta é uma cidade pequena,” diz Ernie Bedrosian, presidente, e a mais velha de três irmãos a quem a empresa pertence. “Há somente quatro ou cinco mil pessoas e conhecemos todo mundo. Existem formas mais baratas de descarte da água de lavagem das uvas passas, mas quisemos fazer o correto para a comunidade.”
Por mais que a aplicação na terra seja demorada e não ecológica, mandar a água para a estação de tratamento municipal local não é uma alternativa atraente. Processar a água com alta BOD custa mais, por isso as estações de tratamento municipais cobram mais dos consumidores — por volta de US$ 50.000,00 por mês a mais no caso da National Raisin.
Sem surpresas, a empresa decidiu que seria mais econômico retirar o açúcar – a fonte da BOD – da água de lavagem. O procedimento reduziria as cobranças das estações de tratamento municipais e eliminaria as preocupações que vêm com a aplicação na terra.
Assim, foi fácil a decisão de retirar o açúcar da água de lavagem antes do descarte. O que facilitou mais ainda essa decisão foi o fato de que, se a concentração do açúcar da uva na água de lavagem fosse alta de modo suficiente, ela poderia ser vendida para as destilarias locais para produzir álcool de uva. Esse álcool é, por sua vez, usado para produzir vinhos fortificados, como xerez e porto, e conhaques. Uma destilaria local disse que se interessaria em comprar a água se houvesse o mínimo de 8% de açúcar. Isso significou que o teor de açúcar tinha de ser dobrado ou quadruplicado de 2% a 4%, o que era normal na água de lavagem das uvas passas. A decisão mais difícil seria como concentrar melhor a água de lavagem das uvas passas, pois existiam várias opções.
As escolhas mais lógicas eram a evaporação ou a osmose reversa (RO). Até os evaporadores mais modernos e de alta eficiência que funcionam sob o vácuo requerem muita energia para evaporar a água de lavagem de modo suficiente, a fim de concentrar o açúcar até o nível desejado. A osmose reversa, por outro lado, apenas requer energia suficiente para gerar a pressão que force a água através da membrana que retém.
Milhões de uvas passas são espalhadas na preparação para a lavagem.
O engenheiro da unidade John Minazzoli diz que os elementos espiralados da osmose reversa foram considerados e são relativamente baratos e necessitam do menor espaço no chão. Entretanto, descobriu-se que a poeira e outros sólidos da uva (pedaços de engaços e cascas) bloqueiam os pequenos canais desses elementos. Os pré-filtros convencionais usados a montante desses elementos também ficaram bloqueados.
Nesse aspecto, o Sr. Minazzoli levantou a questão com o Dr. Jatal Mannapperuma do Instituto de Alimentos e Pesquisa Agrícola da Califórnia [California Institute of Food and Agricultural Research (CIFAR)]. O Dr. Mannapperuma consulta os agricultores de toda a Califórnia e opera um reboque móvel que abriga várias opções de membranas para teste.
Primeiro, eles tentaram usar a ultrafiltração (UF) da membrana tubular cerâmica como pré-filtração antes da osmose reversa espiralada. O filtrado da unidade cerâmica de ultrafiltração (UF) forneceu alimentos aceitáveis para a osmose reversa espiralada, mas, infelizmente, o fluxo da poeira pela membrana cerâmica corroeu a superfície da membrana, reduzindo sua vida útil.
Nesse aspecto, o Dr. Mannapperuma recomendou a avaliação das membranas de osmose reversa tubulares poliméricas e Peter Allan, engenheiro de vendas da PCI Membrane Systems e agora um dos diretores da Membrane Specialists LLC, as trouxe. Os canais tubulares de ½” (13 mm) das membranas de osmose reversa não precisam de pré-filtração e a superfície da membrana polimérica é mais resistente à abrasão do que os materiais inertes, como a cerâmica. Em outras palavras, a National Raisin pôde atingir seu objetivo da concentração de açúcar em uma etapa em vez de duas.
As uvas passas caem ao longo do processo de lavagem, que gera entre 60.000 e 80.000 galões/dia de água residual.
O teste inicial no reboque da CIFAR comprovou que a osmose reversa tubular concentrou o açúcar até os níveis de 8% a 10% exigidos pela destilaria e os testes adicionais de aumento de escala foram providenciados diretamente com o Sr. Allan para definir o tamanho do sistema final. Os testes de escala maior também foram um sucesso e o sistema de escala total foi instalado.
Removida a água do açúcar concentrado (chamada de “retentado” no jargão da filtração de membranas), o restante (chamado de “permeação”) é menor nos sólidos dissolvidos do que a água do poço que alimenta a unidade. Portanto, ela pode ser reutilizada no processo de lavagem das uvas passas ou destinada para a irrigação das plantações de videiras adjacentes sem quaisquer preocupações quanto ao odor ou à contaminação do solo.
A unidade de filtração de membranas instalada na National Raisin incorpora 80 módulos de filtração do modelo B1 e é projetada para ser facilmente expandida em 50% para 120 módulos a fim de atender ao aumento da demanda no futuro. A vida útil da membrana tem garantia de um ano e o primeiro conjunto foi substituído após um ano de uso.
“A PCI Membrane Systems foi muito boa de se trabalhar,” diz o Sr. Minazzoli. “Peter Allan e o pessoal da unidade principal (localizada perto de Cincinnati, OH) eram muito bem informados e foram prestativos. Mesmo depois da instalação do sistema, eles estavam ali para ajudar a qualquer momento que precisássemos.”
A National Raisin continua seu programa de otimização do uso da osmose reversa para fins de máximo retorno sobre o investimento. A demanda de água do açúcar da uva tende a flutuar — mesmo caindo para zero de vez em quando, mas as economias das próprias despesas com esgoto da National Raisin estão em torno de US$ 300.000,00 por ano. É o suficiente para manter o retorno sobre o investimento do sistema dentro do plano original de 3 anos. Qualquer renda adicional que provem da venda da água do açúcar concentrado para as destilarias apenas acelerará o processo. E, enquanto isso, a família Bedrosian sabe que fez o certo para seus vizinhos e o meio-ambiente.
A Membrane Specialists LLC aborda imparcialmente a seleção de membranas de fluxo cruzado, o que garante a solução independente apropriada para cada aplicação. A Membrane Specialists oferece a linha completa de geometrias de membranas, incluindo as membranas de fibra oca e espiraladas e as membranas tubulares poliméricas e cerâmicas. Essa escolha de configurações viabiliza o teste em todo o espectro de filtração da osmose reversa, desde a nanofiltração e ultrafiltração até microfiltração. Os testes podem ser realizados nos laboratórios da Membrane Specialists ou no local de sua preferência, com ou sem assistência.
A unidade de filtração de membranas instalada na National Raisin incorpora 80 módulos de filtração modelo B1 e é projetada para ser facilmente expandida em 50% para 120 módulos a fim de atender ao aumento da demanda no futuro.