Osmose Reversa – Conheça este processo que purifica nossa água a bordo

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Muitas instalações offshore vêm usando este sistema para dessalinizar água do mar e produzir água industrial, água para uso em motores (nas que ainda não usam o glycol), água para uso nos laboratórios de bordo e água para acomodações. Há até as que usam um sistema completo e produzem água para consumo da tripulação, mas no Brasil isso não é usual, já que as Empresas disponibilizam Água Mineral.

Antes de falarmos sobre Osmose Reversa, precisamos entender o que é a Osmose. A Osmose é o nome dado ao movimento da água entre meios com concentrações diferentes de solutos separados por uma membrana semipermeável. É um processo físico-químico importante na sobrevivência das células. A osmose pode ser vista como um tipo especial de difusão em seres vivos.

Em nossa corrente sangüínea também temos Osmose

A água movimenta-se sempre de um meio hipotônico (menos concentrado em soluto) para um meio hipertônico (mais concentrado em soluto) com o objetivo de se atingir a mesma concentração em ambos os meios, tornando-os isotônicos, através de uma membrana semipermeável, ou seja, uma membrana cujos poros permitem a passagem de moléculas de água, mas impedem a passagem de outras moléculas.

A Osmose Reversa (R.O) é um processo de separação que usa pressão para forçar uma solução através de uma membrana que retém o soluto em um lado e permite que o solvente passe para o outro lado. Mais formalmente, é o processo de forçar a solução de uma região de alta concentração de soluto através de uma membrana para uma região de baixa concentração de soluto, através da aplicação de uma pressão externa que exceda a pressão osmótica.

OBS: Pressão osmótica é a pressão hidrostática produzida por uma solução num espaço dividido por uma membrana semipermeável, devido a uma diferença nas concentrações de soluto. Veja na figura ao lado o exemplo da pressão osmótica nas hemácias do nosso sangue.

Esse é o reverso do processo normal de Osmose, onde há o movimento natural da solução de uma região de baixa concentração de soluto, através de uma membrana, para uma região de alta concentração de soluto, quando não há a interferência de uma pressão externa.

A membrana aqui é semipermeável, o que significa que ela permite a passagem de solvente, mas não de soluto.

As membranas usadas para Osmose Reversa têm uma camada de barreira densa, feita de polímeros, onde a maior parte da separação ocorre. Na maioria dos casos a membrana é projetada para permitir que passe somente água através dessa camada densa, enquanto previne a passagem de solutos (como íons de sal, por exemplo). Esse processo exige que seja aplicada uma alta pressão no lado de alta concentração da membrana, geralmente de 2 a 17 bar (30 a 250 psi) para água doce ou com alguma concentração de sais e de 40 a 70 bar (600 a 1.000 psi) para água do mar, que tem uma pressão osmótica natural de 24 bar (350 psi) e que deve ser superada para que o processo ocorra. Este processo é mais conhecido pelo seu uso na dessalinização (remoção do sal da água do mar, para obter água doce), mas também é usado para purificar água para uso médico, industrial e outros processos industriais, desde o início dos anos 70.

Princípio de Funcionamento:

Quando duas soluções com concentrações diferentes de soluto são misturadas, o volume total de soluto dessas soluções será distribuído uniformemente no total de solvente. Isso é conhecido como difusão, onde o soluto mover-se-á das áreas de alta concentração para outras áreas de menor concentração até que a concentração em toda a mistura seja uniforme, que é quando a mistura chega ao estado de equilíbrio.Ao invés de misturar as duas soluções juntas, isso pode acontecer colocando-as em dois compartimentos onde elas são separadas uma da outra por uma membrana semipermeável. A membrana semipermeável não permite que o soluto se mova de um compartimento para o outro, mas permite que o solvente faça isso. Uma vez que o equilíbrio não seja alcançado pelo movimento de soluto do compartimento de alta concentração para o de baixa, ele é conseguido pela movimentação do solvente das áeras de baixa concentração de soluto para áreas de alta concentração de soluto. Quando o solvente move-se para fora das áreas de baixa concentração de soluto, isso faz com que estas áreas tornem-se mais concentradas. Por outro lado, quando o solvente move-se para áreas de alta concentração, a concentração de soluto diminuirá. Este processo é chamado de osmose.

A tendência que o solvente tem de fluir através da membrana semipermeável pode ser expressa como “Pressão Osmótica”.

De modo análogo, esse fluxo pode ocorrer causado por uma pressão diferencial. Na Osmose Reversa, em um arranjo similar ao da Osmose, a pressão é aplicada o compartimento com alta concentração. Nesse caso, há duas forças influenciando o movimento da água: a pressão causada pela diferença na concentração de soluto entre os dois compartimentos (a pressão osmótica) e a pressão aplicada externamente.

Forças Atuantes no Sistema

Nos Estados Unidos, os sistemas domésticos de purificação de água, inclusive o por R.O, são comumente usados para melhorar a qualidade da água para beber e cozinhar.Tais sistemas têm geralmente quatro ou cinco estágios:

1 – Um filtro de sedimentação para segurar partículas sólidas pesadas e carbonato de cálcio.

2 – Opcionalmente, um segundo filtro com furos menores.

3 – Um filtro de Carbono ativado para  reter resíduos sólidos maiores e retirar substâncias orgânicas, eliminando odores, cor e gosto (deixando a água realmente pura: inodora, incolor e insípida) e um clorinador que atuará diretamente sobre as bactérias e microorganismos nocivos nas membranas TFC de Osmose Reversa (TFC = Thin Film Composite membrane).

4 – Um filtro de Osmose Reversa, que é um filtro cilíndrico com uma série de membranas muito finas para retenção de sólidos.

5 – Opcionalmente um segundo filtro de Carbono para reter as substâncias que não foram retidas pela membrana de Osmose Reversa.

6 – Opcionalmente uma lâmpada ultravioleta (U.V.) pode ser usada para desinfecção da água, pois pode haver alguns micróbios que possam ter escapado da filtragem da membrana de Osmose Reversa.

Em alguns sistemas, o pré-filtro de Carbono não é usado e uma membrana de Tricetato de Celulose (CTA) é usada. A membrana CTA tende a apodrecer caso não seja protegida por água clorada enquanto a membrana de TFC tende a saturar na presença de Cloro. Nos sistemas que usam CTA é necessário que se instale um pós-filtro de Carbono para remover o Cloro da água produzida.

Membranas de Osmose Reversa – ficam instaladas dentro destes cilindros

Processadores portáteis de água por Osmose Reversa são vendidos para purificação de água residencial em vários lugares. Para trabalhar eficientemente é melhor que a água que alimenta estas unidades esteja sob uma determinada pressão (40 psi ou mais é o normal).

Processadores de água por R.O podem ser usados por pessoas que vivem em localidades rurais, onde não há água limpa, pois ficam muito longe da rede de água potável dos centros urbanos. Os moradores e áreas rurais filtram a água do rio ou do mar com um dispositivo que é fácil de usar (água salgada pode precisar de membranas especiais).

Unidade de Osmose Reversa da Plataforma de Perfuração Polvo A

Tripulantes de navios e unidades offshore, pescadores, pessoas que gostam de acampar ou habitantes de países onde a água potável é poluída ou de baixa qualidade usam processadores de R.O acoplados a um ou mais esterilizadores ultravioletas (U.V).

Os sistemas de R.O são também usados para produção de água para grandes aquários com recifes de corais. Na produção de água mineral engarrafada, a água passa através de um processador R.O para remover poluentes e microorganismos.

No Oriente Médio, especialmente na Arábia Saudita, temos inúmeros sistemas de dessalinização de água para ser usada nas Usinas Termoelétricas. A abundância de combustível acaba tornando essas plantas viáveis e a proximidade com os sistemas de R.O diminuem os custos com o transporte, possibilitam a dessalinização em vários estágios, inclusive pelo aquecimento (uso dos gases de descarga e da água quente dos motores como fonte quente de processos de troca de calor para purificação de água) e ainda permite o uso dessa água para resfriar os motores geradores das usinas. Já nos países europeus tal tipo de processamento de água não é permitido segundo as leis locais, uma vez que, em prática, uma parte das bactérias vivas não só pode como acaba passando por pequenas imperfeições nas membranas ou by-passam todo o sistema através de pequenos vazamentos nas gaxetas dos filtros de R.O.

Assim, um sistema completo de R.O deve incluir estágios adicionais de tratamento usando raios U.V e Ozônio para prevenir contaminação por micróbios, bactérias etc.

Na indústria de tratamento de água existe uma série de tipos de elementos contaminantes e devido a seu tamanho, alguns passam pelas membranas. O tamanho dos poros das membranas pode variar de 1 a 50.000 ângstrons (Å) (1Å = 1×10 -10 M) dependendo do tipo de filtro. A filtragem de partículas remove partículas de 10000 Å ou maiores. A Microfiltragem remove partículas de 500 Å ou maiores.  A Ultrafiltragem remove partículas de 30 Å ou maiores. A Nanofltragem remove partículas de 10 Å ou maiores. No caso da Osmose Reversa é usada a última categoria de membranas de filtragem, que é a Hiperfiltragem, onde são removidas partículas de até 1 Å.

Nas Forças Armadas Americanas R.O.W.P.U. ’s (Reverse Osmosis Water Purification Unit, conhecido como ROW-PEW) são usadas em campo de batalha e nos treinamentos. Elas atingem uma produção de aproximadamente 1.500 GPD (galões por dia – gallons per Day – 1 galão americano = 3,785 litros aproximadamente ) a 150.000 GPD e são maiores conforme a necessidade.

A mais comum dessas unidades é a de 600 GPH (galões por hora – gallons per hour) e a de 300 GPH. Ambas são capazes de purificar água salgada ou contaminada com agentes N.B.C. (Nuclear/Biológico/Químico – Nuclear/Biological/Chemical). Durante um período de 24 horas uma unidade pode produzir em qualquer ambiente entre 12.000 e 60.000 galões de água (corresponde a algo entre 45.000 e 227.000 litros de água aproximadamente) e requer um intervalo de 4 horas para manutenção e checagem dos sistemas, bombas, elementos filtrantes de R.O e gerador a diesel (lembre-se que neste caso eles estão “em campo” e a energia elétrica para acionar as bombas vem de um diesel-gerador). Um ROWPU simples pode manter tranqüilamente batalhões da ordem de 1.000 a 6.000 militares.

A Osmose Reversa também é aplicada na Indústria Alimentícia

Na Indústria Alimentícia, esta é a melhor maneira de fabricar sucos concentrados sem retirar as enzimas e proteínas presentes nas frutas, compostos esses que seriam descartados em sua maioria caso fosse utilizado o processo convencional de aquecimento. Este processo é utilizado para produção de alimentos derivados do leite na forma de pó e também da Proteína Isolada do Soro do Leite, que tem sido muito utilizada por seus benefícios à saúde. Além disso, também pode ser usado para remover Ácido Acético, fungos do tipo Brettanomyces (muito presentes no bagaço da uva), álcool e substâncias tóxicas geradas quando se processam determinados alimentos. Há outras inúmeras aplicações deste processo na Indústria Alimentícia.

Máquina de Hemodiálise – Osmose Reversa no sangue

Nas Máquinas de Hemodiálise o processo utilizado é o de R.O, que filtra o sangue, retirando substâncias tóxicas como uréia e água, que deveriam ser eliminadas na urina, retornando o sangue “limpo” ao corpo, fazendo a mesma função dos rins. O sangue passa pelas membranas de R.O sob pressão de uma bomba, realizando, assim, a filtragem.

A Osmose Reversa é também usada nos seguintes processos:

Produção de Hidrogênio: previne a formação de depósitos minerais nos eletrodos e retira substâncias orgânicas e Cloro da água na qual os eletrodos estão mergulhados.


Lavagem de Carros: mantém a quantidade de sais na água em níveis mínimos, agredindo menos a lataria dos carros e livrando-a de manchas quando usada para obtenção do xampu automotivo (spot free rinses). É um processo importante porque, uma vez que essas máquinas trabalham com alta pressão de água, qualquer quantidade excessiva de sal na água pode causar grandes danos aos veículos, quer seja por manchas quer seja por arranhões. Este sistema ainda não é muito usado no Brasil, mas é obrigatório em muitos países de Primeiro Mundo.

Produção de Xarope de Acer: é usado um processo de R.O para retirar água da seiva do Acer, que depois é aquecida para a formação do xarope. Isso reduz o custo da operação de aquecimento, pois resta menos água a ser evaporada para que o xarope seja formado. O Xarope de Acer é usado para fabricação de panquecas, waflles, torradas francesas, arroz de milho ou sorvetes.

Aquários de corais: são usados equipamentos de R.O para que se prepare artificialmente a água salgada. A água de torneira pode conter quantidades excessivas de Cloro, Cloraminas, Cobre, Nitrogênio, Fosfatos, Silicatos e muitas outras substâncias prejudiciais aos organismos que vivem num ecossistema de um Recife de Corais. Contaminantes como compostos de Nitrogênio e Fosfatos podem levar a um crescimento excessivo e indesejável de algas. Uma combinação de R.O com um deionizador é a maneira mais usada pelos tratadores de aquários deste tipo e é preferido em detrimento de outros processos de purificação porque possui um baixo custo tanto para aquisição quanto para a manutenção do sistema.

Filtro para Aquários

Os sistemas de Osmose Reversa tipicamente utilizado para dessalinização de água a bordo de navios e unidade offshore pode ser descrito da seguinte forma:

Pré – filtragem: Nesta fase são retirados os sólidos pesados e os microorganismos, através de um sistema de filtragem por ralos e de dosagem química de Cloro. Também é dosado ácido sulfúrico para se manter o ph da mistura entre 5.5 e 5.8. A água salgada tem um ph bem maior que 5.8. A dosagem de Ácido Sulfúrico não é necessariamente feita nesta fase, mas deve ser feita antes do Filtro de RO.

Filtragem: Nesta fase a água passa por filtros de Carbono ativado e areia, para que os sólidos de tamanho médio sejam retirados. Estes filtros possuem um sistema de limpeza por “backflushing”, que consiste em aplicar-se uma contrapressão no sistema, retirando as impurezas retidas pelos filtros. Geralmente essa operação é feita por um sistema automático, com um temporizador (timer) acoplado ao mesmo. O Filtro de Carbono Ativado também tem a função de retirar microorganismos do sistema, pois estes podem vir a saturar as membranas. Retirando os microorganismos, ele também contribui para a manutenção da água com as características básicas de uma água potável: incolor (sem cor), inodora (sem cheiro) e insípida (sem sabor).

Adicionalmente, podemos instalar um filtro desse tipo no final do sistema, para promover novamente essa manutenção das características citadas acima.

Filtros de Areia e Carbono Ativado

Bombeio de Alta Pressão: É feito por uma bomba, geralmente alternativa, que eleva a pressão da água de aproximadamente 2,5 bar para algo da ordem de 50 bar, dependendo do sistema. 

Típica Bomba Alternaiva de Alta Pressão (há outros modelos também)

Filtro / Membrana de Osmose Reversa: É um conjunto geralmente cilíndrico e duplo, composto por um invólucro de material inoxidante com membranas poliméricas em seu interior. Essas membranas devem ser resistentes o bastante para suportarem a pressão da água sem se romperem e seus furos devem ser pequenos o bastante para segurar as menores impurezas, deixando passar somente a água.

Feixe de Membranas de Osmose Reversa

Filtragem secundária e Remineralização: A água dessalinizada é muito corrosiva e por isso precisa ser tratada. A água passa por uma filtragem final, antes de ter seu ph reajustado e seus sais minerais repostos. Nesta fase é dosado um produto químico do tipo “Anti Descaling”, que possui dentre outros componentes, o Dióxido de Carbono, que combate a corrosão por depósitos de concreto ou cimento e uma composição que previne a formação de depósitos de cálcio e magnésio no interior do sistema e ajusta o ph da água para aproximadamente 7 (neutro), podendo o valor variar entre 6.8 e 8.1, já fazendo uma primeira desinfecção. Após isso, os sais minerais essenciais ao ser humano são repostos na água por um filtro mineralizador.

Filtro Remineralizador

Desinfecção: O pós-tratamento consiste em estabilizar a água e prepará-la para distribuição. O processo de dessalinização representa uma barreira efetiva para organismos patogênicos. Mesmo assim a desinfecção é feita para assegurar um suprimento seguro de água. O processo de desinfecção (que às vezes é chamado de desinfecção germicida ou bactericida) é usado para matar qualquer bactéria, protozoário ou vírus que possa ter by-passado o sistema e ainda esteja presente. Essa desinfecção é feita por radiação ultravioleta (UV), usando-se lâmpadas de UV diretamente na água. Vale lembrar que uma desinfecção primária já foi feita no início do processo, assim que a água não tratada entrou no sistema, através de processo de Clorinação. Em alguns países a lei determina que seja feito o processo de Cloraminação também, que emprega o uso da Amônia além do Cloro. Estes processos com Cloro e Amônia devem sempre ser feitos no início do processo, quando a água entra no sistema.

Sistema de Desinfecção por Raios Ultra Violeta

A única desvantagem em relação ao uso da Osmose Reversa é para o uso residencial, uma vez que ele produz muita água residual, imprópria para consumo. Para se ter uma idéia, para cada litro de água potável produzida é produzido de 2 a 4 litros de rejeito. Esse rejeito pode ser usado em pias e toaletes, mas no nosso país essa não é uma prática comum, até mesmo pela falta de consciência ambiental da população e pelo acesso limitado da população a esse tipo de informação.

Espero que esta matéria possa ajudar a estudantes, Alunos da EFOMM e aos colegas profissionais. 


Por Rodrigo Cintra

1 COMENTÁRIO

  1. As novas gerações de drillships que vem por ai utilizarão este sistema pelo fato da demanda eletrica dos geradores ser variavel e consequentemente a energia termica variável impactar na produção dos grupos destilatorios tradicionais.
    Paulino de Azevedo soares Neto C. Engineer

  2. As novas gerações de drillships que vem por ai utilizarão este sistema pelo fato da demanda eletrica dos geradores ser variavel e consequentemente a energia termica variável impactar na produção dos grupos destilatorios tradicionais.
    Paulino de Azevedo soares Neto C. Engineer

  3. parabéns ótima matéria , em minha vida embarcado operei e conduzi esta
    maravilha , seria bom se nossos políticos a adota-se esse equipamento
    nas nossas áreas de seca que fique próximo ao mar e distante do mesmo mas sei que pra eles seria um grade prejuízo ……..

    geralmente os detetores testa patente , desta máquina são os americanos , Italianos e Franceses , porem temos no brasil também.

  4. parabéns ótima matéria , em minha vida embarcado operei e conduzi esta
    maravilha , seria bom se nossos políticos a adota-se esse equipamento
    nas nossas áreas de seca que fique próximo ao mar e distante do mesmo mas sei que pra eles seria um grade prejuízo ……..

    geralmente os detetores testa patente , desta máquina são os americanos , Italianos e Franceses , porem temos no brasil também.

  5. Dependendo do número de membranas ou de estágios, consegue-se uma concentração de maior ou menor de salinidade e maior ou menos consutividade.
    De acordo com utilização final da água (resfriamento, consumo humano, águas servidas (grey water), é necessário adequar o seu grau de salinidade/condutividade .
    Uma das maiores plantas de OR que tive a oportunidade de trabalhar produzia água para alimentação de caldeiras de alta pressão e vapor superaquecido. Para alcançar baixíssimas concentrações de salinidde, logo após aos 8 estágios de membranas água passava por um equipamento chamdo de EDI que imprimia um corrente elética na água utilizando-se de anodos e catodos, assim causando uma polarização. O catodo atraía os íons negativos de sais, fazendo com que a água produzida chegasse a salinidade 5 PPB (parte por bilhão) sendo excepcional para ser utilizada como feed water ou make up water da caldeira.
    Carlos Augusto Rodrigues – Fleet Superintendent

  6. Dependendo do número de membranas ou de estágios, consegue-se uma concentração de maior ou menor de salinidade e maior ou menos consutividade.
    De acordo com utilização final da água (resfriamento, consumo humano, águas servidas (grey water), é necessário adequar o seu grau de salinidade/condutividade .
    Uma das maiores plantas de OR que tive a oportunidade de trabalhar produzia água para alimentação de caldeiras de alta pressão e vapor superaquecido. Para alcançar baixíssimas concentrações de salinidde, logo após aos 8 estágios de membranas água passava por um equipamento chamdo de EDI que imprimia um corrente elética na água utilizando-se de anodos e catodos, assim causando uma polarização. O catodo atraía os íons negativos de sais, fazendo com que a água produzida chegasse a salinidade 5 PPB (parte por bilhão) sendo excepcional para ser utilizada como feed water ou make up water da caldeira.
    Carlos Augusto Rodrigues – Fleet Superintendent

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