Embora o pré-tratamento desempenhe um papel vital na garantia da eficiência do sistema de osmose reversa (OR), a química e os constituintes encontrados na água de reposição são igualmente importantes para a saúde geral do sistema.
Este artigo discute as características de várias fontes de maquiagem e descreve processos para analisar a água de reposição de OR.
Continue lendo para:
- Examine os vários tipos de fontes de água de reposição.
- Explore o impacto de minerais, orgânicos, crescimento microbiológico e outros constituintes nos sistemas de OR.
- Aprenda algumas práticas recomendadas para manter a eficiência do sistema de OR.
Fontes de água de reposição: De onde vem a água?
Para entender as possíveis vulnerabilidades de um sistema de OR, é importante conhecer sua fonte de água de reposição.
Os fabricantes de OR geralmente sugerem sistemas de limpeza a cada 3–4 meses; no entanto, em muitos casos, os sistemas de OR exigem limpezas mais frequentes. Isso é, em parte, devido às diferenças na água provenientes de fontes de reposição variadas e, mais importante, o desempenho do equipamento de filtração a montante. O pré-tratamento é um componente fundamental da OR confiável e eficiente.
A qualidade da água de reposição é muito importante. Qualquer imperfeição na água pode levar à incrustação, incrustação e corrosão se não for tratada adequadamente.
Água de superfície
A água de superfície é extraída de fontes como:
- Rios
- Lagos
- Reservatórios
- Canais
Normalmente, todas as águas de superfície contêm níveis flutuantes de partículas suspensas e coloidais, orgânicos, atividade microbiológica e turbidez. Se a fonte de maquiagem for um rio, por exemplo, a clareza ou turbidez mudará com base nas chuvas e no escoamento da terra.
A água de superfície contém partículas suspensas e coloidais, que passarão por um filtro de cartucho de 5 mícrons na OR, aumentando as alterações de pressão (ΔP). Isso pode resultar em incrustação de OR durante o primeiro estágio. Recomenda-se a realização de uma análise do tamanho da partícula da água de reposição e da saída da carcaça do filtro do cartucho neste estágio.
Água do poço
Outra fonte de maquiagem é a água do poço.
- Os poços rasos estão tipicamente localizados em qualquer lugar de 40 a 150 pés abaixo da superfície.
- Poços profundos podem ser encontrados em qualquer lugar de 600 a 1.000 pés abaixo da superfície.
Geralmente, quanto mais profundo o poço, mais limpa a água. Os poços profundos têm temperaturas mais consistentes, e a água retirada desses poços frequentemente contém níveis mais baixos de bactérias, coloidais, orgânicos e partículas suspensas.
Água cinza
A água cinzenta normalmente se refere a águas residuais terciárias destinadas à reutilização municipal e industrial.
Nos últimos anos, a escassez de água tornou a água cinzenta uma fonte de maquiagem mais popular. Em vez de usar água de superfície, muitos municípios agora usam água cinza de usinas elétricas, usinas químicas e refinarias para seus processos.
Embora o uso de água cinza tenha ganhado popularidade, ele vem com desafios de tratamento únicos. A água cinza normalmente tem uma grande quantidade de carga orgânica, amônia e fosfatos, enquanto seu residual com baixo teor de cloro raramente é suficiente para remover a microbiota.
Como manter a eficiência da OR com a análise da água de reposição
O teste do índice de densidade de silte (SDI) é uma prática recomendada para analisar a composição da OR, pois mede a capacidade de incrustação da água usada na OR.
O teste de SDI é realizado no centro com um kit de SDI. O teste requer um fluxo de diluente constante a 30 psi. Esse fluxo é passado através de um filtro de 0,45 mícron a um volume conhecido por 15 minutos para calcular o SDI.
Normalmente, os fabricantes de OR recomendam um SDI de 5 ou menos, mas muitos agora estão indicando que 3 ou menos são necessários para um bom desempenho de OR.
Na maioria dos casos, quanto menor o SDI, melhor o sistema funcionará. É uma boa ideia salvar os blocos SDI para referência histórica.
Adição química a montante à reposição de água de superfície
A utilização de água de superfície como fonte de reposição requer que as instalações implementem um processo de clarificação para remover a turbidez ou um processo de amaciamento com cal frio para reduzir a dureza, alcalinidade e turbidez.
Independentemente de qual processo é implementado, o tratamento incluirá produtos químicos coagulantes e/ou floculantes.
Coagulantes
Os coagulantes têm uma das três bases:
- Alumínio
- Ferro
- Orgânico
A quantidade de coagulante alimentado ao sistema varia muito com base na fonte de água de superfície.
Um bom exemplo disso é o Rio Mississippi, que flui de norte a sul. No topo do rio em Minnesota, o nível de turbidez da água é baixo, então a alimentação coagulante estará em uma faixa baixa de partes por milhão (ppm).
Enquanto se move para o sul, o Mississippi encontra os rios Missouri, Illinois e Ohio. Essas confluências levam à formação de turbidez, de modo que as estações de tratamento de água ao longo do rio alimentam quantidades mais altas de coagulante em seu sistema para se ajustarem à turbidez mais alta.
Floculantes
Os floculantes também desempenham um papel importante na redução da turbidez. Eles podem ser catiônicos, aniônicos ou não-ionicamente carregados. Os floculantes são normalmente dosados a menos de 2 ppm, por isso é importante monitorar como os floculantes estão sendo adicionados ao seu sistema.
Os desafios do tratamento com coagulantes e floculantes
Embora coagulantes e floculantes sejam benéficos para a produção da qualidade desejada da água acabada, eles ainda podem ser prejudiciais à saúde geral da membrana de OR.
Ao contrário das membranas de OR levemente carregadas negativamente, os coagulantes são carregados catiônicamente, o que pode causar alterações de pressão. Se houver um pico rápido de ΔP durante o primeiro estágio, é prudente procurar um problema de coagulante. Os níveis de coagulante podem não ter sido ajustados para corresponder às alterações na turbidez, o que pode resultar em sobrealimentação coagulante.
Nesses casos, o coagulante começa a se deitar sobre a membrana e a pegar microbiota, partículas e coloidais. Quando a bactéria carregada negativamente encontra o coagulante carregado positivamente, o coagulante continua a capturar cada vez mais microbio.
Em alguns casos, níveis extremos de polissacarídeos na microbiologia podem causar um efeito de “papel-impresso”, o que leva a matéria microbiológica agarrando sólidos suspensos e coloidais da água. Isso pode resultar em incrustação da membrana.
Se a membrana de OR não for limpa corretamente, problemas de coagulante podem levar à formação de lacunas.
Uma vez que se formam lacunas dentro de uma membrana de OR, elas são muito difíceis de remover. Portanto, é importante monitorar os níveis de microbios dentro da água de reposição à medida que ela entra no sistema.
Além disso, se uma planta estiver usando água da cidade para maquiagem, recomenda-se que o pessoal da instalação entre em contato com o município e pergunte que tipo de coagulante foi usado a montante.
O impacto dos minerais na água de reposição
Também é importante estar ciente do conteúdo mineral da água de reposição.
Os minerais podem ser divididos em dois subgrupos separados: cátions e ânions.
Exemplos de cada um estão incluídos abaixo:
| Cátions | ânions |
|---|---|
| Cálcio | Alcalinidade total |
| Magnésio | Cloretos |
| Sódio | Sulfatos |
| Potássio | Nitratos |
| Bário | Fluoreto |
| Estrôncio | Ortofosfato |
| Alumínio | Sílica |
| Ferro | |
| Manganês |
Testar a água de reposição quanto ao conteúdo mineral é uma etapa essencial para determinar o tipo de anti-incrustante de OR a ser usado e a taxa de recuperação percentual de OR.
Dos cátions, o bário, o alumínio, o ferro e o manganês são particularmente importantes de monitorar. Os níveis de cada um normalmente não devem exceder 0,05 ppm (50 ppb).
O alumínio pode ser especialmente problemático. É tipicamente alimentado como um coagulante para reduzir a turbidez, mas o excesso de alumínio pode levar à incrustação de OR, o que pode ser difícil de tratar com um anti-incrustante.
Os seguintes ânions: alcalinidade total, ortofosfato, flúor e sílica também podem precisar ser monitorados atentamente. A água cinza é particularmente propensa a fornecer fosfatos em excesso.
A frequência de teste recomendada para minerais na maquiagem é:
- A cada dois meses para fontes de água de superfície
- Trimestralmente para água de poço
- Mensalmente para água cinzenta
Em geral, fosfato de cálcio, sulfato de cálcio e sulfato de bário podem ser tratados com um anti-incrustante, enquanto alumínio, ferro e manganês podem ser um pouco mais difíceis de tratar.
Outros parâmetros de teste importantes
pH
Uma vez que o pH e a alcalinidade total são conhecidos, a quantidade de dióxido de carbono livre (CO2) pode ser calculada.
Por ser um gás, o CO2 passa pela membrana de OR, o que pode levar à redução do pH no permeado.
Como o CO2 não é detectado por um medidor de condutividade, ele pode fluir a jusante para o leito misto e resultar em uma grande quantidade de carga oculta. Isso pode exigir a substituição mais frequente do leito misto.
Condutividade
O cálculo da condutividade fornece uma ideia do número de íons presentes na água. Por exemplo, a alta condutividade (300–500 μS) pode indicar que os níveis de dureza e alcalinidade estão dentro da faixa, mas ainda pode haver um alto número de cloretos ou sulfatos na água. Alta condutividade também pode sugerir que mais permeado está se deslocando a jusante para o amaciador ou outra unidade de troca de íons.
Carbono orgânico total (orgânicos)
As águas de superfície são notórias por terem altos níveis de matéria orgânica, que é medida como carbono orgânico total (TOC). Para água de alimentação de OR, o limite de TOC é de 3 ppm.
- O TOC pode ser natural ou sintético:
- Orgânicos naturais
- Tannina, lignina, humor, etc.
- Tipicamente amarelado a amarronzado
- Ótima fonte de nutrientes para bactérias
- Orgânicos sintéticos
- Frequentemente vindo de produtos químicos de escoamento agrícola
- Pode ter um efeito de incrustação maior nas membranas de OR em comparação com os orgânicos naturais
- Orgânicos naturais
Orgânicos com peso molecular de 150 a 200 ppm e superior são rejeitados pela OR; no entanto, uma certa porcentagem de orgânicos abaixo desse peso molecular passará pela OR para o permeado.
Temperatura
A temperatura afeta a taxa de fluxo para permeação. Temperaturas mais frias fazem com que os poros da membrana se apertem, diminuindo a taxa de fluxo. A água mais quente solta os poros, permitindo a passagem de mais sólidos dissolvidos totais (TDS) ou íons.
Ortofosfatos em água cinza ou cálcio em fluxos de reposição de reutilização industrial podem formar fosfato de cálcio (um depósito semelhante a lodo) no último estágio da OR à medida que a água fica mais quente.
A solubilidade da sílica e do fluxo, por outro lado, diminui à medida que a temperatura da água diminui e vice-versa.
Cloro
O cloro degrada as membranas de OR e precisa ser removido com bissulfito de sódio não catalisado ou um sistema de filtração de carbono ativo. Se um metal de transição, como ferro, manganês ou cobalto, estiver presente em um sistema contendo cloro, a taxa de degradação da membrana é acelerada.
Muitas vezes, os leitos de carvão ativado são combinados com um programa de biocidas. Os dois mais comumente usados na indústria são DBNPA e isotiazolina. Esses biocidas ajudam a aliviar a atividade microbiológica nas superfícies da membrana e no espaçador da água de alimentação, onde as bactérias são facilmente fixadas, reduzindo assim o potencial de bactérias entrarem no sistema e se alimentarem dos orgânicos.
O cloro é normalmente medido com um medidor em linha ORP ou um analisador de cloro antes de entrar na OR. É uma boa prática testar a umidade do cloro, além de usar instrumentação on-line.
Turbidez
Turbidez abaixo de 0,5 Ntu é um bom alvo para água de reposição, mas baixa turbidez não indica necessariamente a redução do potencial de incrustação; o teste de SDI fornece uma percepção mais confiável.
Se houver suspeita de que partículas coloidais estão entrando na OR, execute um eletrodo SDI até que ele esteja conectado e envie o eletrodo para o laboratório para uma análise de microscópio eletrônico de varredura. Este teste indicará as características dos elementos atômicos no bloco SDI, fornecendo informações sobre o que está sujando a OR.
Demanda química de oxigênio (COD)
O COD é encontrado na água cinzenta ou na reutilização industrial e pode ser uma fonte importante de nutrientes para microbiota.
Uma faixa de COD de 8 a 10 mg/l é uma boa indicação de que a fonte de diluente terá baixo potencial de incrustação da COD.
Matéria microbiológica
Dois tipos de bactérias podem estar presentes nas ORs: aeróbica e anaeróbica.
Bactérias aeróbicas
Classificado por dois tipos: planctônico e séssil
- Planctônico: natação gratuita
- Séssil: lodo biológico maduro
Bactérias sésseis são desenvolvidas quando bactérias aeróbicas podem se multiplicar e começar a aderir às superfícies da tubulação e da membrana. Isso resulta no efeito “papel informativo” mencionado acima.
A melhor prática é manter o microbio a 100 UFC/mL na água de alimentação e 1.000 UFC/mL no rejeito de OR.
Bactérias anaeróbicas
- Normalmente encontrado em ORs usando maquiagem de reutilização cinza ou industrial.
- Bactérias redutoras de ferro, desnitrificação e sulfato são fortes indicações de que o biofilme maduro foi totalmente desenvolvido e o controle microbiológico foi comprometido.
Gases
Sulfeto de hidrogênio (H 2S)
Normalmente, o H2S é encontrado em poços e é notável por seu forte odor de ovos podres. Se oxidado ou exposto ao ar, o H2S pode formar enxofre elementar na membrana principal, levando a um possível bloqueio. Para manter a eficiência do sistema, o nível máximo de H2S na água de alimentação de OR é <0,1 ppm.
O sulfeto de hidrogênio deve ser testado no local.
Para testar o H2S, encha uma garrafa de água até a metade com água de reposição, adicione algumas gotas de ácido clorídrico na garrafa, agite, tire a tampa e sinta o cheiro. Se o sulfeto de hidrogênio estiver presente na água, o odor será aparente.
Dióxido de carbono (CO 2)
Conforme mencionado anteriormente, quanto menor a alcalinidade, maior o teor de CO2. Felizmente, o CO2 não desempenha um papel ativo na incrustação ou incrustação da OR. Ele passa diretamente pelo permeado.
É importante monitorar o pH e a alcalinidade porque eles fornecem uma indicação de quanto CO2 está fluindo através da membrana de OR. Altas quantidades de CO2 podem colocar uma grande carga no ânion de base forte e no leito misto.
Amônia (NH 3)
A amônia é normalmente encontrada em fluxos de diluente de reutilização industrial ou cinza.
Em um pH abaixo de 8,5, 90% ou mais da amônia está em sua forma iônica como NH4– e será rejeitada na OR como um íon monovalente. Acima do pH 9,5, a amônia se torna gasosa.
Quando misturada com TOC ou fosfatos, a amônia se torna um alimento adequado para bactérias.
Para testar a presença de amônia, pegue uma amostra de água, adicione algumas gotas de 50% de cáustico e agite a amostra. Se houver amônia na água, o cheiro forte será aparente.
Um resumo das fontes de água de reposição e técnicas de análise de OR
Água de superfície
Ao usar água de superfície para maquiagem, recomenda-se o teste de microbio, orgânicos, sólidos suspensos e coloidais. Mudanças de estação e mudanças nas condições climáticas podem causar flutuações rápidas nos níveis desses componentes, por isso é importante testar com frequência.
Água do poço
Embora a qualidade da água do poço seja geralmente considerada consistente, recomenda-se testes semestrais, pois pode ter altos níveis minerais e de sulfeto de hidrogênio, bem como algumas bactérias.
Água cinza
Vários agentes poluentes na água cinza podem causar problemas nos sistemas de OR, portanto, recomenda-se testes frequentes. É importante testar a presença de bactérias e lavar o compartimento do filtro do cartucho regularmente.
A importância de testar a água de reposição de OR
Independentemente da fonte de água de reposição, recomendamos a química da água e outros constituintes e manter as tendências em arquivo. Esses dados podem ajudar na solução de problemas se surgirem problemas de OR.
Como com todas as tecnologias, a due diligence é importante para determinar a viabilidade de utilizar os métodos descritos aqui. Sempre consulte os manuais do seu equipamento e busque orientação do seu representante de tratamento de água para atender às necessidades específicas da fábrica.
