OXIDAÇÃO DE MEMBRANAS DE OSMOSE REVERSA – PARTE 2

VOCÊ ESTÁ REALMENTE SEGURO COM SEU SISTEMA?

Se você respondeu SIM, NÃO FIQUE EVITE A ZONA DE CONFORTO NÃO DEIXE SEU OPERADOR SE SENTIR SEGURO

Decloração – O Cloro é um poderoso agente oxidante, e como já comentamos anteriormente, irá certamente degradar rapidamente e irreversivelmente as membranas de osmose reversa ou mesmo as resinas de troca iônica .

A remoção de cloro na água de alimentação de membranas é provavelmente, o controle mais complexo e de elevado custo envolvido. A passagem de cloro pelas membranas, como se sabe, provoca oxidação da camada de poliamida e consequentemente, danos irreversíveis como perdas rejeição de sais. A oxidação é uma das principais causas de troca de membranas (ver gráfico abaixo).

Existem duas opções para remoção do cloro em águas de alimentação de osmose reversa, a remoção química, com utilização de bisulfito ou metabisulfito de sódio e a remoção mecânica, através de filtros de carvão.

1- REMOÇÃO POR CARVÃO:
2Cl₂ + C + 2H₂O à 4HCl + CO₂
Pode ocorrer proliferação microbiológica e requer troca de carvão frequentes.

Filtros de carvão ativado ou antracito também são utilizados para remoção do cloro em água de alimentação de osmose reversa, principalmente em água com elevado teor de cloro, porém, devemos fazer algumas considerações relevantes, ou seja:

• A camada de carvão e/ou de areia devem ser substituídos de 12 a 18 meses, para que se obtenha a máxima eficiência do sistema de pré-tratamento, porém, na prática isso não acontece. É comum verificar sistemas operando por 5 anos ou mais, sem a substituição e/ou manutenção dos filtros. Abaixo, apresentamos as condições do leito filtrante de areia após 5 anos de operação:

• A camada de carvão pode ser um foco de proliferação microbiológica, que pode contaminar o filtro de cartucho (última barreira física antes das membranas), como também as membranas, comprometendo a operação do sistema.

Quando é usado a remoção do cloro por filtro de carvão, é uma boa prática, a implementação de um rigoroso controle microbiológico do sistema (antes e após o filtro), pela metodologia de Petrifilm (não com lâmino cultivo), para se evitar a proliferação microbiológica que é extremante prejudicial às membranas, até, da substituição dos elementos filtrantes no período correto.

2- REMOÇÃO QUÍMICA – Aplicação de Bisulfito de Sódio:

HOCl + Na₂HSO₃ à NaCl + H₂SO₄
NH₂Cl + Na₂HSO₃ + H₂O à NH₄Cl + NaHSO
Bissulfito de sódio reduz o pH e pode ser nutriente.

Como monitorar?

Normalmente, o monitoramento do teor de cloro versus dosagem de bisulfito de sódio é realizado através de analisadores de ORP, mantendo uma faixa de de controle de 200 a 300 mV e pH na faixa de 6 – 8. O controle por ORP requer as seguintes considerações relevantes:

• A água de Rios ou Poços tem medidas de ORP em função das várias oxidantes que podem ganhar elétrons e assim serem reduzidas.  Para a medição de ORP, o valor depende da correlação com o pH da amostra em função da presença de mais ou menos H⁺ na água, que influencia diretamente o valor de ORP obtido.

Fontes de água ricas em compostos orgânicos como o Rio Tietê, por exemplo, com pré cloração/desinfecção por dióxido de cloro, são comuns valores de ORP >650 mV. Existem basicamente duas premissas para se garantir a proteção da camada de poliamida das membranas:

a) Manter o teor de cloro livre em 0 ppm ou muito próximo de 0 ppm;

b) Manter o pH na faixa ideal que garanta a conversão/remoção de CO₂, com faixa de ORP entre 200 a 300 mV (300 mV é o máximo para se evitar micro fugas oxidantes e furos na camada de poliamida).

Sendo assim, a utilização do bissulfito de sódio tem 2 finalidades principais:

1. Reduzir as espécies oxidantes decorrentes da dosagem do cloro e um residual de até 0,5 ppm analisados como cloro livre;
2. Ajustar o ORP natural da água de alimentação clorada com os subprodutos da cloração com > 650 mV para < 300 mV.

A dosagem de bissulfito de sódio então, poderá sofrer alterações para manter os objetivos da remoção de cloro e a redução da ORP. A proporção de dosagem em função do residual de cloro é conhecida, porém, quanto à dosagem necessária para redução da ORP só é possível através da elaboração em laboratório de uma curva com repetitividade e reprodutibilidade, quando o sistema estiver em operação.

Geralmente, a dosagem de metabisulfito de sódio comercial (30%) é de ± 4 a 5 ppm x ppm de Cl₂ (1,5 a 2,0 ppm a 100%). A remoção química do cloro através da aplicação de Bisulfito de Sódio, ocorre com a seguintes reações:

Ácido hipocloroso:    HOCl  + Na₂HSO₃  à  NaCl  +  H₂SO₄ (cloreto de sódio + ácido sulfúrico)

Cloramina:  NH₂Cl  + Na₂HSO₃ +  H₂O  à  NH₄Cl  +  NaHSO₄ (cloreto de amônia + bissulfato de sódio)

Com tudo que foi exposto acima, é imprescindível que o fabricante das membranas especifiquem:

• Qual deve ser o controle para garantir a remoção do cloro na água de alimentação das membranas?
• Se o controle será realizado por cloro livre ou cloro total (considerando a cloraminas);

• Qual o limite máximo de cloro livre/total na entrada das membranas?
• Se existe algum impacto dos subprodutos da oxidação com utilização de dióxido de cloro nas membranas (clorato + clorito)?

O controle da remoção do cloro por ORP com determinada faixa de operação de mV e pH, depende muito da qualidade da água de alimentação e da influência do oxidante utilizado e do pH da água, que influenciará no consumo do bissulfito de sódio, que pode ser muito maior que a previsão (mínimo o dobro). Existem casos em que a dosagem chega a 10 vezes maior.

Analisadores de ORP devem ter um plano de aferição e calibração em função de uma curva de Cl₂ livre x pH x ORP, determinada em laboratório, de acordo com os procedimentos recomendados pelo fabricante do sistema.

Outro fator importante que deve ser levado em consideração, é a correção do pH da água com dosagem de soda caustica, para conversão do CO₂ diluído em bicarbonatos para posteriormente, serem removidos nas membranas. O pH deve ser mantido em 8,0 e auxilia o ajuste dos analisadores de ORP (consultar o fabricante do sistema).

O gráfico abaixo, apresenta as taxas de rejeição das membranas em relação ao teor de cloro livre e tempo de contato:

Gráfico – estimativa de taxa de rejeição x Cl₂ livre x tempo ((Fonte O PAPEL vol. 78, num. 3, pp. 69 – 75 MAR 2017)

E QUANDO SE APLICA DIÓXIDO DE CLORO?
Com dióxido de cloro haverá formação de clorito e clorato de sódio, cujo impacto sobre as membranas devem ser previamente avaliados e com muito cuidado, o que muitas vezes na prática não ocorre. Apenas tarde demais, quando já ocorreu a oxidação das membranas e foi constatado pela autópsia, com danos irreversíveis.
Vejam: 6ClO₂^– + 2H⁺ –> 2ClO₂^– + ClO₃^– + 6H⁺
2ClO₂ + H₂O –> ClO₂^– + ClO_3^– + 2H⁺
ClO₂^– + 2H⁺ –> 2ClO₂^– + ClO₃^– + 2H₂O

Qual a ação desses compostos na membrana? Qual a melhor forma de remoção, controle e monitoramento? Quais análises são necessárias? Quais laboratórios estão capacitados para realizar essas análises?

Tudo isso deve ser avaliado previamente para escolha da melhor forma de neutralização e prevenção dos problemas de oxidação e preservação das membranas e do investimento.

Guia de Problemas e Soluções em Membranas de Osmose Reversa

Problema de Vazão	Vazão de Permeado	Passagem de Sais	Pressão	Localização
Incrustação	Cai	Aumenta	Aumenta	Último Estágio
Fouling Microbiológico	Cai	Normal ou aumenta	Normal ou aumenta	Qualquer Estágio
Fouling Coloidal	Cai	Normal ou aumenta	Normal ou aumenta	Primeiro Estágio
Degeneração	Aumenta	Aumenta	Aumenta	Primeiro Estágio

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Este é um conceito básico que espero esclarecer esse tema, mas participe de nosso fórum e traga suas perguntas e dúvidas.

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