Gregg Poppe
Em um ambiente econômico desafiador é imprescindível a redução de custos operacionais.
Se equipamentos e sistemas como o tratamento de água podem proporcionar o necessário a um custo menor, os lucros podem aumentar. Felizmente, vários passos pró-ativos podem ser tomados para reduzir o custo operacional de uma planta de osmose reversa. Esses passos incluem estender a vida das membranas instaladas otimizando a frequência e o método de limpeza. Além disso, quando as membranas operam em um ambiente com potencial para obstrução, é importante fazer escolhas cuidadosas e bem informadas em relação à seleção das membranas, quando for finalmente o momento de substituí-las.
O acompanhamento adequado do desempenho do sistema combinado com a limpeza otimizada, irão contribuir para o sucesso da operação através de redução de custos dos produtos químicos, eletricidade e reposição das membranas.
Mantendo as membranas atuais trabalhando otimizadas
Manutenção adequada é a chave para proteger o investimento que já foi feito nas membranas instaladas. Há algumas diretrizes muito úteis que podem ser aplicadas para estender a vida produtiva das membranas e reduzir o custo total de operação da planta de osmose reversa:
A redução da vazão de permeado durante a operação é normal para um sistema de membranas, de forma que a primeira questão é “quando limpar?”. A frequência depende da fonte de água de alimentação, dos parâmetros de operação como fluxo, e do pré-tratamento. Comumente, sistemas são limpos 2 a 3 vezes/ano quando supridos com água de poço, 3 a 4 vezes/ano se usada água da rede pública e 4 a 6 vezes/ano se abastecidos com água de lagos ou represas. Mas isso realmente depende de cada situação específica, de forma que é importante estar vigilante e procurar por sinais de obstrução. Quaisquer das seguintes observações devem disparar um processo de limpeza:
• Fluxo normalizado de permeado cai 10-15%;
• Pressão estabilizada de alimentação aumenta 10-15%;
• Perda de carga aumenta 10- 5%; ou
• Passagem normalizada de sal aumenta 5-10%.
Para se fazer um julgamento adequado é absolutamente necessário normalizar a vazão de permeado, a pressão de alimentação e a passagem de sal para um nível de referência padrão. De outra forma, as flutuações de temperatura de alimentação, salinidade ou pressão vão mascarar ou acentuar as tendências, levando a conclusões inexatas sobre o momento da limpeza. Os fornecedores de membrana podem ajudar a fornecer ferramentas para normalizar os dados e se fazer o melhor julgamento.
A figura 1 ilustra as consequências de se esperar muito para limpar. Os contaminantes podem geralmente ser limpos da superfície da membrana com os produtos químicos adequados e técnica correta, mas esperar muito para limpar pode reduzir permanentemente o desempenho da osmose reversa.
Condições de limpeza para resultados maximizados
Antes de limpar é muito importante determinar o tipo e localização da obstrução:
• Obstrução orgânica e microbiológica podem ocorrer no primeiro ou segundo estágio do sistema;
• Obstrução coloidal ou por partículas é específica do primeiro estágio;
•Formação de placas ocorrem no segundo estágio. As figuras 2 a 4 ilustram uma membrana obstruída por material biológico (Figura 2), coloidal (Figura 3), ou formação de placas (Figura 4).
Antes de iniciar a limpeza, identifique também os limites de temperatura e pH das membranas que serão limpas e assegure-se que os produtos de limpeza são compatíveis.
Limpe com produtos alcalinos em primeiro lugar e então, se necessário, com ácido. Produtos de limpeza com pH elevado tendem a quebrar as placas de contaminantes. Ácido pode reagir com compostos orgânicos, sílica e material biológico, possivelmente levando a um declínio irreversível do desempenho; portanto é recomendado remover inicialmente esta obstrução com um produto alcalino.
Limpe na condição de temperatura e pH adequados para remover as obstruções.
• Para remover obstrução por material biológico, a limpeza com pH 12 é muito mais efetiva que com pH 11 – aproximadamente uma ordem de magnitude melhor para restaurar a vazão de permeado. É importante saber a faixa de temperatura permissível em função do tipo de membrana em condição de pH elevado.
• Para remover placas de carbonato de cálcio, a vazão de permeado é melhor restaurada com pH inferiores e temperatura elevada, como mostrado na Figura 5. Algumas plantas tentam usar ácido cítrico (Cleaner A) para remover placas, mas geralmente não é muito efetivo quando se compara com HCl @ pH 1 (Cleaners D e E).
Alto/baixo pH é mais efetivo em remover contaminantes, mas tenha cuidado. Nem todos os fabricantes de membranas aprovam limpeza com pH tão alto como pH 12 ou tão baixo como pH 1. É importante determinar os limites antes da limpeza.
Diferentes contaminantes requerem diferentes protocolos de limpeza para atingir resultados efetivos. Como um auxílio, as seguintes diretrizes podem ser usadas, mas antes tenha certeza que o pH e a temperatura estejam dentro dos limites estabelecidos pelo fabricante da membrana:
•Sais inorgânicos (como CaCO3): 0.2% (p.p.) HCl, 25-40°C, e pH 1-2.
•Óxidos metálicos (como de ferro): 1.0% (p.p.) hidrosulfito de sódio (Na2S2O4), 25°C, e pH 5.
•Colóides inorgânicos (sedimentos), sílica, biofilme e compostos orgânicos: 0.1% (p.p.) NaOH, 35°C max, e pH 12 ou 0.1% (p.p.) NaOH e 0.025% (p.p.) Na-DSS, 35°C max, e pH 12.
Recomendações para um protocolo de limpeza efetivo
O procedimento para limpeza é também importante. Ao misturar a solução de limpeza, assegure-se que todos os produtos estão dissolvidos e bem misturados antes de fazer a circulação pelos elementos de membrana. Ao iniciar a circulação pelo sistema de osmose reversa faça-o com baixa vazão enquanto a água do sistema é substituída pela solução de limpeza. Adicionalmente, use apenas a pressão necessária para compensar a perda de carga, de forma a evitar empurrar os contaminantes contra a superfície da membrana. Descarte o fluxo de concentrado inicial tanto quanto necessário para prevenir diluir a solução de limpeza durante a regeneração.
Uma vez que os produtos de limpeza substituíram a água, recicle o concentrado e permeado para o tanque de limpeza. Meça o pH e ajuste conforme necessário. Monitore a cor da solução de limpeza. Uma mudança de cor indica que o contaminante está sendo removido. Então descarte a solução de limpeza contaminada e adicione solução nova. Continue enquanto pareça que novos contaminantes estão sendo removidos, mas com uma limpeza com ácido a recirculação por mais de 20 a 30 minutos aumenta o risco de separação de metais pesados da suspensão e impregnação permanente dos mesmos na superfície da membrana, tornando a limpeza mais difícil.
Uma solução de limpeza nova deve ser preparada para a etapa de impregnação, quando a membrana será deixada de molho na solução. A extensão desta etapa é variável. Enquanto limpezas alcalinas podem requerer uma impregnação de um dia para o outro, limpezas ácidas tipicamente requerem apenas
30 minutos de impregnação. Para manter a temperatura elevada desejada durante uma impregnação extensa, use uma taxa baixa de recirculação através dos elementos. Como anteriormente, monitore a cor da solução de limpeza e descarte ou renove a solução quando for observada mudança de cor.
Após a impregnação, recircule a solução de limpeza a taxas elevadas de vazão por 30 a 60 minutos para descarregar os contaminantes removidos da superfície da membrana. Finalmente, descarregue a solução de limpeza usando o permeado da osmose reversa ou água deionizada. Durante essa etapa, a temperatura mínima deve ser de 20°C.
Selecionando membranas adequadas
Quando finalmente for o momento de repor os elementos de membrana da osmose reversa, os responsáveis pela planta lidando com água contaminada podem tirar vantagem dos desenvolvimentos tecnológicos introduzidos pelos fabricantes de membranas para minimizar a obstrução. Por exemplo, há uma aceitação crescente para o fato que elementos com espaçadores de 34 mil (milésimos de polegada) obstruem menos e são mais fáceis de limpar que em relação a espaçadores mais finos.
Os fabricantes de membranas continuam a desenvolver novidades em relação à geometria otimizada dos espaçadores, com vistas a descarregar mais efetivamente os contaminantes da superfície da membrana. Também existem ações para melhorar as propriedades de resistência à obstrução do material dos espaçadores ou da superfície da membrana.
Todos esses esforços de desenvolvimento de membranas são direcionados para estender o intervalo entre limpezas, facilitar a limpeza e aumentar a vida útil das membranas. O benefício para o dono da planta vem na forma de redução de custos operacionais via: 1) consumo de menos produtos de limpeza devido a diminuição de número de limpezas; 2) uso de menos eletricidade devido a pressões de alimentação mais baixas; e 3) menos reposição de membranas devido ao aumento da vida útil.
Sumário
Os orçamentos de manutenção e operação estão sob pressão constante, mas uma manutenção adequada e rotineira da membrana é necessária para atingir o menor custo operacional possível.
É preciso monitorar a condição da planta, normalizar os dados, e limpar conforme os sinais fornecidos, de forma que o desempenho das membranas não seja permanentemente reduzido.
Antes de iniciar a limpeza, determine o tipo de contaminante e sua localização, de forma a usar o produto de limpeza adequado. Limpar com pH elevado ou reduzido é mais efetivo, mas sempre cheque antes com o fabricante da membrana qual a faixa indicada para limpeza.
Estender muito o intervalo entre limpezas vai reduzir a vida da membrana e ainda mais dinheiro vai ser gasto repondo membranas do que seria necessário para mantê-las em funcionamento adequado.
Gregg Poppe é um especialista de desenvolvimento de aplicações da Dow Water & Process Solutions, focando nos mercados de água industrial e geração de energia.
Contato: Te (952) 897 4317
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Tradução: Carlos Thomsem Júnior
