08 dez 2021

Osmose Reversa – Limpeza Química em Membranas

Por definição, osmose é o deslocamento de solvente entre dois meios de solução com concentrações diferentes, separados por uma membrana semipermeável, onde o solvente se desloca do meio hipotônico no sentido do meio hipertônico, chegando ao final quando os dois meios estiverem em equilíbrio químico de concentração.
Sistema de Osmose Reversa

A osmose reversa, ocorre em sentido contrário ao da osmose, ou seja, o solvente se desloca no sentido da solução mais concentrada para a menos concentrada, isolando desta forma o soluto.

Fig 1 – Processo de Osmose Reversa

É notório que a cada dia que passa estamos vivenciando a escassez de água doce na forma de água superficial de fácil captação. Outro fator além da escassez, é a contaminação das fontes de águas, causadas pelos despejos que muitas vezes não recebem o tratamento adequado ou se quer, tratamento algum. A osmose reversa é uma tecnologia moderna com larga aplicação e com grandes vantagens na purificação de águas, bem como no tratamento de águas residuais para obtenção de água de reuso, visto que possui uma elevada capacidade de remover os compostos químicos que são difíceis de serem removidos pelos tratamentos convencionais

As incrustações e o pré-tratamento na água de alimentação da osmose reversa

As membranas de osmose reversa estão sujeitas às incrustações presentes na água de alimentação dos sistemas de dessalinização, como sílica, compostos a base de cálcio, óxidos metálicos, dentre outras substâncias inorgânicas, assim como material orgânico e biológico.

Esses materiais, com o passar do tempo, vão se depositando sobre a superfície da membrana ocasionando a perda de volume de permeado, prejudicando a performance do equipamento, além de elevar a pressão diferencial entre o lado da alimentação e lado do rejeito, podendo muitas vezes ocasionar danos físicos a estrutura da membrana, levando a perda da mesma e a necessidade de substituição. 

Perder membranas por entupimento, é um custo que pode ser evitado, desde que sejam realizados os processos adequados de limpeza química e com a periodicidade ideal.

É importante reforçar a importância e a necessidade de um pré-tratamento na água de alimentação, afim de reduzir as substâncias indesejáveis às membranas, como por exemplo sólidos suspensos, cloro livre e agentes bacteriológicos. 

Dosagens de produtos químicos como metabissulfito de sódio, biocida e anti-incrustante contribuem em muito na eficiência do processo, quando dosados adequadamente na etapa de pré-tratamento.

A microfiltração tem mostrado resultados satisfatórios como pré-tratamento. É um processo de filtração que utiliza elementos filtrantes que podem variar costumeiramente entre 50 à 200 microns (cada aplicação dever ser estuda e testada previamente através de um estudo de tratabilidade), impedindo que a osmose receba essa carga de particulado, protegendo ainda mais o sistema. 

É importante relatar que os elementos filtrantes da microfiltração são recuperados através da retro lavagem, o que torna esse processo interessante e muito viável economicamente.

A limpeza química nas membranas de osmose reversa

Limpeza química é um processo de remoção de substâncias de um material cuja composição não inclui aquelas substâncias, através do uso de produtos químicos, com objetivo de recuperar as condições de operação inicial no que se refere ao fluxo de permeado e percentual de rejeição, tendo como efeito positivo o aumento da vida útil das membranas.

A escolha do processo de limpeza química a ser empregado deve ser determinado através da realização de análises físico-químicas e biológicas, onde será possível conhecer todos os contaminantes inorgânicos, orgânicos e biológicos.

Outro método que pode ser utilizado é a autópsia das membranas, através de técnicas específicas que inclui as etapas de:

  • Inspeção visual;
  • Abertura do elemento com nova inspeção visual;
  • Análises da contagem microbiana;
  • Determinação da composição da camada de incrustação;
  • Análise microscópica de varredura eletrônica;
  • Análise de raio x.

A tabela 1 a seguir relaciona os principais agentes incrustantes de membranas:

CátionsÂnions
Na+Cl
K+SO42-
Ca2+NO32-
Mg2+PO43-
NH4+HCO3
Fe2+F
Mn4+CO32-
SiO2
Biofouling
Tab1 – Agentes contaminantes de membranas 

Depois de conhecida a composição dos depósitos é preciso determinar os agentes de limpeza a serem utilizados.

Geralmente são empregados mais de um agente, uma vez que os depósitos possuem características incrustantes diversas (inorgânica, orgânica e biológica).

Na tabela 2 estão listados os principais agentes de limpeza química empregados.

Agentes de limpezaCaracterísticas das incrustações
Solução ácidaSubstâncias inorgânicas solúveis
Solução alcalina
Detergente
Sustâncias orgânicas (ácidos húmico e fúlvico)Colóides (sílica, hidróxido, óxidos)Bactérias, algas e fungos
EnzimasBactérias, algas e fungos
Tab2 – Agentes de limpeza 

A vazão de recirculação deve ser superior a vazão de operação do sistema, assim como a pressão deve ser menor. Com isso, a incrustação torna-se mais facilmente removível.

Em relação a concentração das soluções de limpeza, é sabido que quanto maior a concentração, maior a capacidade de remoção das incrustações. Porém, soluções com alta concentração são mais agressivas às membranas.

As temperaturas mais elevadas tendem a auxiliar no processo de solubilização das incrustações, pois interferem de forma positiva na cinética das reações e nas condições de solubilidade dos agentes de incrustações. Uma temperatura em torno de 30-35ºC tem apresentado bons resultados na eficiência das limpezas. 

Muita atenção com temperaturas muito mais elevadas, pois podem danificar a estrutura física das membranas. 

Como boa prática de prevenção, é recomendado consultar o fabricante das membranas nos casos de aplicação de processos de limpeza mais agressivos ou com temperaturas elevadas.

Já o tempo de contato com a solução pode variar de acordo com as características das incrustações. Soluções mais concentradas demandam menos tempo de contato, porém, são mais agressivas e prejudiciais ao sistema.

Os tempos de limpeza geralmente aplicados, variam entre 25 à 40 minutos, mas podem chegar a horas. Mais um motivo para se conhecer muito bem as incrustações presentes no processo.

Considerações finais

Com tudo o que foi exposto acima, não há um procedimento de limpeza química que possa ser estabelecido como padrão. 

Cada sistema deve ser estudado e conhecido a fim de se aplicar a limpeza química mais adequada e eficiente para cada caso.

É muito importante manter registros de todas as limpezas químicas realizadas, visto que servirão como fonte de estudo e de melhoria do processo. 

Ao longo do tempo, àquele procedimento de limpeza empregado pode não ser o mais eficiente, visto que possam vir a acontecer alterações no sistema bem como nas características da água de alimentação.

Nos processos em que se aplicam a tecnologia de filtração por membranas, nesse caso Osmose Reversa, é de suma importância demandar horas de desenvolvimento no projeto que leve em consideração todos os fatores aqui expostos, como um bom sistema de pré-tratamento, seguido de um eficiente procedimento de limpeza química. 

As combinações de todos esses fatores irão contribuir para o aumento da vida útil do equipamento e consequentemente na redução de custos operacionais e custo com a troca antecipada das membranas.

O Grupo EP, através da EP Engenharia, poderá lhe ajudar a especificar, fabricar e fornecer o sistema de osmose reversa ideal para a sua aplicação. Acesse a página e conheça todos os nossos produtos e serviços.

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Referências Bibliográficas

https://www.infoescola.com/fisico-quimica/osmose-reversa/

Martins, N.C. Estudo de limpeza química em membranas de osmose inversa, 2012, TCC graduação em Engenharia Química, UFRGS, Porto Alegre.

Schneider, R.P. & Tomoyouki, M. (2001) Membranas filtrantes para o tratamento de água, esgoto e água de reuso, São Paulo.

Artigo por Odair José Krause (LinkedIn)

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