Remoção de biofilme em equipamento de osmose reversa | Fluence
A água contém microrganismos, como bactérias, algas, fungos, vírus e outros organismos vivos que exibem a capacidade de se reproduzir e formar biofilmes, dadas certas condições favoráveis.
O biofilme é uma camada de microrganismos aderida a uma superfície, circundada por substâncias poliméricas extracelulares (EPS) que são eliminadas por microrganismos em resposta a condições de estresse. Essa matriz extracelular oferece proteção, coesão e estabilidade aos microrganismos, permitindo que eles resistam a fatores adversos, como agentes químicos e condições ambientais extremas.
Quando os microrganismos entram em um sistema de osmose reversa (OR), eles encontram uma ampla superfície de membrana onde os nutrientes dissolvidos na água são concentrados devido à diferença da concentração, criando um ambiente favorável para a formação de biofilme. Este tipo de incrustação biológica nas membranas é um dos principais fatores que afetam o desempenho do sistema de osmose reversa. A principal evidência desse fenômeno é o aumento da pressão diferencial (ΔP), que cresce exponencialmente durante a operação, e causa uma diminuição na vazão do permeado e um aumento na frequência de limpezas químicas. Uma consequência desfavorável da operação com diferencial de alta pressão é o fenômeno da telescópica, que consiste em uma deformação irreversível das membranas de OR, o que reduz sua vida útil.
O biofilme é particularmente difícil de remover porque o EPS protege os microrganismos das forças de cisalhamento e produtos químicos biocidas. Se não forem completamente removidos, as partes restantes do biofilme podem causar um rápido crescimento. Portanto, a prevenção da incrustação biológica é um dos principais objetivos do processo de pré-tratamento, mas também deve ser gerenciada adequadamente durante a operação, higienização e preservação dos sistemas de osmose reversa.
Vários fatores favorecem a formação de biofilme em sistemas OR:
- O cloro livre usado no pré-tratamento, embora essencial para a desinfecção, pode transformar matéria orgânica complexa em compostos mais simples, que atuam como nutrientes para microrganismos depois que o cloro é removido da água. Além disso, a presença de cloro favorece a seleção de microrganismos mais resistentes aos agentes oxidantes e a posterior remoção do cloro com metabissulfito de sódio gera um ambiente propício ao desenvolvimento do biofilme.
- A temperatura desempenha um papel crucial na formação do biofilme. Altas temperaturas, de 25°C ou mais, favorecem o crescimento microbiológico, aumentando a velocidade de reprodução dos microrganismos.
- A presença de cálcio na água também influencia o crescimento do biofilme. Esse fenômeno, chamado de “ponte de cálcio”, ocorre quando os cátions de cálcio são atraídos para os grupos carboxila da matéria orgânica, aumentando a coesão dentro do biofilme e promovendo sua expansão.
Existem vários métodos para prevenir e controlar a incrustação biológica:
- Implemente tecnologias de pré-tratamento, como microfiltração, ultrafiltração ou radiação UV, para remover microrganismos da água de alimentação.
- Limite ou remova nutrientes da água de alimentação para restringir o crescimento biológico dentro do sistema.
- Dose de agentes químicos continuamente ou em modo de choque durante a operação do sistema OR.
- Realize limpezas químicas regulares para reduzir o crescimento biológico e evitar problemas operacionais no sistema.
O método mais eficaz é geralmente uma combinação das várias abordagens mencionadas.
Abaixo estão dois casos representativos em que os problemas associados à incrustação biológica em sistemas OR foram resolvidos com sucesso.
CASO 1:
- Localização: Maracanaú, Brasil
- Temperatura média inverno-verão: 24-29°C
- Origem da água: Água do rio
- Pré-tratamento: ETA (Estação de Tratamento de Água) convencional, ultrafiltração, desinfecção UV e pré-filtro de cartucho de 5 mícrons.
CASO 2:
- Localização: Tubarão, Brasil
- Temperatura média inverno-verão: 18-27°C
- Origem da água: Água do mar
- Pré-tratamento: Ultrafiltração.
Ambos os casos apresentam alto risco de formação de biofilme devido às características da água de alimentação, que provém de fontes superficiais com alta carga orgânica, o que fornece um substrato ideal para o crescimento microbiológico. Além disso, as temperaturas médias (altas) nas áreas onde o equipamento está instalado favorecem o desenvolvimento de microrganismos.
Em ambos os sistemas, foram observados altos valores do diferencial de pressão (ΔP) durante a operação, o que levou à decisão de realizar uma limpeza química incorporando Genesol 80 na etapa de limpeza alcalina. O Genesol 80 não é um biocida, mas um bacteriostático, pois não mata microrganismos, mas é projetado para atacar o EPS, penetrando e desintegrando efetivamente o biofilme e a matéria orgânica presente na superfície da membrana, tornando-o adequado tanto para uso offline quanto para parte do procedimento normal de limpeza química (CIP) das membranas, e para dosagem em linha, seja em aplicação contínua ou em modo de choque.
Uma das principais vantagens é que é utilizado em conjunto com a limpeza alcalina, ou seja, não requer tempo adicional, podendo ser utilizado à temperatura ambiente, sem necessidade de aquecer a solução de limpeza.
No CASO 1, o equipamento estava operando em uma condição de ΔP muito distante da recomendada. Ao limpar com o produto bacteriostático, foi observada uma melhora significativa no diferencial de pressão (ΔP) em comparação com limpezas anteriores em que este produto não foi utilizado.
Tabela 1 – Resultados obtidos na limpeza CIP com e sem Genesol 80 no estágio alcalino para o CASO 1
Resumo comparativo:
Tabela 2 – Na tabela acima, pode-se observar que a incorporação do Genesol 80 na etapa de limpeza alcalina gera uma redução mais significativa no ΔP das três etapas que compõem o sistema. Da mesma forma, há uma recuperação consideravelmente maior do fluxo de permeado, devido a uma remoção mais eficaz da incrustação biológica.
No CASO 2, foi analisada a velocidade de incrustação do equipamento após uma limpeza CIP realizada sem a incorporação de Genesol 80 no estágio alcalino, estimando-se o tempo de operação do equipamento durante o período de análise em função do tempo médio de operação do equipamento. Esta análise foi comparada com a taxa de incrustação após uma limpeza na qual o Genesol 80 foi usado. Os resultados deste estudo estão resumidos na Figura 1. O salto observado na curva correspondente à condição “pós-limpeza com G80” e está associado a uma variação no fluxo de operação do equipamento. Os dados mostraram que o aumento do ΔP ocorre em um ritmo mais rápido após a limpeza sem Genesol 80 em comparação com o realizado com este produto, para o mesmo volume de produção. Esse comportamento indica que o Genesol 80 alcançou uma remoção de biofilme mais eficiente, retardando o processo de incrustação biológica do equipamento.
Figura 1: Variação do ΔP (Velocidade de incrustação) pós-limpeza sem e com Genesol 80
Para descartar possíveis fatores sazonais que poderiam ter influenciado a análise anterior, a velocidade de incrustação do equipamento após uma limpeza CIP com Genesol 80 no estágio alcalino (Trem B) foi comparada durante o mesmo mês de operação com a velocidade de incrustação de um equipamento similar que não foi submetido à limpeza com Genesol 80 (Trem C). Os resultados obtidos nesta análise (Figura 2) reforçam a conclusão alcançada.
Figura 2: Variação do ΔP (Velocidade de incrustação) Trens B e C – janeiro de 2025
Conclusões
A formação de biofilme em sistemas de Osmose Reversa (OR) causa um aumento no diferencial de pressão (ΔP), o que leva a um aumento do risco de danos à membrana e uma diminuição no desempenho do sistema, bem como um possível aumento nos custos de energia. A remoção de biofilme é particularmente desafiadora devido à proteção que o EPS oferece aos microrganismos. Os resultados obtidos nos casos analisados indicam que a incorporação de Genesol 80 durante as limpezas químicas melhora significativamente a remoção do biofilme, reduzindo o ΔP e favorecendo uma maior recuperação do fluxo de permeado, prolongando o tempo entre as limpezas.
A implementação de tecnologias de pré-tratamento, controle adequado de nutrientes e dosagem de agentes para o controle do desenvolvimento de biofilme, como o Genesol 80, são abordagens eficazes para prevenir e controlar a incrustação biológica. Esses métodos ajudam a otimizar o desempenho operacional e prolongar a vida útil da membrana em sistemas de osmose reversa.
A próxima etapa de teste para os casos analisados anteriormente consistirá em avaliar se a dosagem de Genesol 80 em modo de choque permite uma maior redução na frequência de limpezas. Como o produto demonstrou ser eficaz em limpezas químicas corretivas, os testes continuarão para determinar se esses resultados podem ser melhorados por uma abordagem preventiva. Nesse sentido, a aplicação do produto químico será testada em dosagens intermitentes, por exemplo 1 vez ao dia durante 1 hora, ajustando a dose e o tempo, dependendo dos resultados. O objetivo é otimizar a dose e a frequência da injeção para evitar a formação de biofilme, reduzindo assim a necessidade de limpezas corretivas frequentes e melhorando a eficiência do sistema a longo prazo.
Fonte: Fluence
