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Radiação ultravioleta para substituição de cloro e controle de biofouling em plantas de dessalinização de água do mar

Publicado em 04/06/2021 às 11:06:23

Introdução

Um dos problemas mais comuns das membranas de osmose reversa está na formação de biofilme com possibilidade de biofouling (bioincrustação), que afeta seu desempenho devido à diminuição da vazão do permeado, maior queda de pressão, maior frequência de lavagem e menor vida útil.

Dada a grande expansão da dessalinização da água do mar, existem inúmeras pesquisas focadas no processo de formação do biofilme e nos métodos para sua minimização.

O biofilme é 85 – 90% composto por substâncias secretadas por micro-organismos para sua proteção e desenvolvimento, Substâncias Poliméricas Extracelulares ou EPSs. Portanto, uma estratégia adequada para o controle do biofouling deve priorizar sua redução.

Mas esta não é a única consideração. Uma mudança de paradigma está surgindo, buscando uma abordagem mais abrangente de todos os fatores que interferem na formação e crescimento do biofilme, o que implica avaliar o “potencial de crescimento bacteriano” na água de alimentação, para o qual deve ser considerado:

  • Microbiologia: contagem de micro-organismos heterotróficos
  • Substâncias poliméricas extracelulares acima mencionadas que eles geram
  • Presença de nutrientes expressos como “Carbono Orgânico Assimilável – AOC”:

Nem todos os compostos de carbono orgânico presentes na água estão sujeitos à assimilação por bactérias, apenas uma fração de baixo peso molecular pode

ser biodegradada. A matéria orgânica biodegradável pode ser decomposta e mineralizada por bactérias. São as frações da matéria orgânica dissolvidas na água de alimentação de maior interesse, visto que servem como principal fonte de nutrientes e de energia para o crescimento de bactérias heterotróficas. 

Cloração-descloração

A presença de compostos assimiláveis ​​facilita o “recrescimento bacteriano” o que nos leva a questionar o uso da cloração, que é a forma mais comum de desinfetar a água de alimentação das plantas dessalinizadoras, já que um efeito secundário é a oxidação da matéria orgânica dissolvida, que causa um aumento na fração orgânica “assimilável”, aumentando o “potencial de crescimento bacteriano”.

Doses tão pequenas como 0,5 ppm de cloro livre podem aumentar o teor de carbono assimilável em até 80% (Prof. Maria Kennedy, IHE Delft).

Além disso, a dosagem de um redutor de cloro como o metabissulfito de sódio, normalmente dosado em excesso, retira simultaneamente o oxigênio dissolvido na água e, por não possuir proteção microbiológica, gera-se um ambiente propício ao desenvolvimento de micro-organismos anaeróbios, ilustrado na figura a seguir:

cloro

Aplicação de Radiação UV de Média Pressão

Ao contrário, a radiação UV em doses relativamente baixas, como as que devem ser aplicadas para controlar o biofouling, não tem um efeito perceptível no conteúdo de matéria orgânica degradável.

Além disso, o uso de lâmpadas de média pressão propicia a inativação celular, inibindo a reprodução e, simultaneamente, afetando funções vitais, como a excreção de EPSs, causando uma redução no biovolume.

Os resultados obtidos mostram que a radiação UV com lâmpadas de média pressão tem forte impacto nas características do biofilme que se forma nas membranas, traduzindo-se em fluxo constante, com a consequente melhora no desempenho:

uv

 

A aplicação de radiação UV para controle de biofouling permite os seguintes benefícios em plantas de dessalinização:

  • Mantém a vazão com pressão operacional mais baixa = economia de energia
  • São necessários menos processos de CIP, que são mais eficazes, permitindo maior vida útil da membrana
  • Aumenta a vida útil dos microfiltros
  • Permite substituir a cloração anterior ou biocidas

Estudo de Caso

Para exemplificar o que descrevemos acima, mostramos um caso real de um teste realizado na Índia pela Atlantium em uma planta de dessalinização capaz de produzir 100.000 m3/d com 12 skids de OR.

uv

Em um deles foi instalado um equipamento UV HOD antes dos cartuchos de microfiltração (ver fotos) para permitir a comparação dos custos operacionais verificados no mesmo skid do ano anterior, bem como em um skid vizinho operando simultaneamente.

Observaram-se as seguintes melhoras (média)

tabela

O Retorno de Investimento (ROI) calculado foi entre 1,5 e 2 anos

 

Conclusão

Todas as melhorias de desempenho descritas se traduzem em economias de OPEX que permitem retornos sobre o investimento em períodos curtos como
1,5 – 2 anos, sendo especialmente interessante para usuários de plantas de dessalinização que, com base em uma revisão do desempenho atual, desejam comparar com as melhorias que a incorporação de um sistema de radiação UV para controle de bioincrustação pode significar.

Convidamos todas as partes interessadas a entrar em contato com nossos especialistas para avaliar seu caso com base em dados operacionais reais atuais e garantias de desempenho futuro.

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