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

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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