operaÇÃo e controle da produÇÃo de Água purificada para uso laboratorial – estudo de caso da...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE FARMÁCIA JULIA RAASCH BRAVO
OPERAÇÃO E CONTROLE DA PRODUÇÃO DE ÁGUA
PURIFICADA PARA USO LABORATORIAL – ESTUDO DE
CASO DA EMBRAPA GADO DE LEITE
JUIZ DE FORA 2012
JULIA RAASCH BRAVO
OPERAÇÃO E CONTROLE DA PRODUÇÃO DE ÁGUA
PURIFICADA PARA USO LABORATORIAL – ESTUDO DE
CASO DA EMBRAPA GADO DE LEITE
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao corpo docente da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal de Juiz de Fora para obtenção do título de Farmacêutica.
Orientador: Prof. Dr. Marcelo Henrique Otenio
JUIZ DE FORA 2012
Ficha Catalográfica BRAVO, Julia Raasch Operação e controle da produção de água purificada para uso laboratorial – estudo
de caso da EMBRAPA Gado de Leite.
Juiz de Fora, Faculdade de Farmácia, UFJF, Curso de Farmácia, 2012. 49 f Orientador: Marcelo Henrique Otenio Trabalho de Conclusão de Curso: Bacharel em Farmácia (Farmacêutica) 1. Purificação de água 2. Pré-tratamento 3. Osmose reversa. I. Universidade Federal de Juiz de Fora II. Operação e controle da produção de água purificada para uso laboratorial – estudo de caso da EMBRAPA Gado de Leite
JULIA RAASCH BRAVO
OPERAÇÃO E CONTROLE DA PRODUÇÃO DE ÁGUA
PURIFICADA PARA USO LABORATORIAL – ESTUDO DE
CASO DA EMBRAPA GADO DE LEITE
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao corpo docente da Faculdade de
Farmácia da Universidade Federal de Juiz de Fora para obtenção do título de
Farmacêutica.
Aprovado em: / /
Banca Examinadora:
___________________________________________________________________ Prof. Dr. Marcelo Henrique Otenio – Orientador – EMBRAPA Gado de Leite ___________________________________________________________________ Prof Dr Marco Antônio Moreira Furtado – Faculdade de Farmácia/UFJF ___________________________________________________________________ Profª Drª Mirian Pereira Rodarte – Faculdade de Farmácia/UFJF
JUIZ DE FORA 2012
RESUMO
A água de abastecimento urbano, para ser utilizada em aplicações laboratoriais,
necessita de tratamento especial. Este trabalho descreve alguns dos vários métodos
de purificação encontrados na literatura, com enfoque naqueles utilizados em arranjo
na EMBRAPA Gado de Leite. Teve-se como objetivo acompanhar a produção e os
parâmetros de afluente/efluente do referido sistema, para se avaliar o desempenho
dos seus componentes. Como material de pesquisa foram empregados
questionários avaliativos, análises físico-químicas da água produzida, exame
retrospectivo de ensaios microbiológicos e de arquivo de controle diário da estrutura.
A partir dos dados obtidos neste estudo de caso conclui-se que a água purificada
atende às necessidades e aplicações dos laboratórios da empresa. Entretanto, a fim
de prolongar a vida útil dos equipamentos e garantir a manutenção do padrão da
água purificada, são propostas mudança no tempo de operação do sistema,
implantação de procedimentos operacionais padrão, verificação bissemanal dos
níveis dos tanques de salmoura e hipoclorito de sódio e a criação de livro de
registros.
Palavras-chave: Purificação de água. Pré-tratamento. Osmose reversa.
ABSTRACT
The urban water supply, for laboratory applications, needs special treatment. This
paper describes some of the various purification methods in the literature, focusing
on those used in the arrangement EMBRAPA Gado de Leite. The aim was to monitor
the production and the parameters of influent / effluent of this system to evaluate the
performance of its components. As research material were used assessment
questionnaires, physical and chemical analyzes of water produced, retrospective
review of microbiological testing and daily control of the structure. From the data
obtained in this case study it was concluded that the purified water meets the needs
and applications of the company's laboratories. However, in order to improve the
durability the of the equipment and ensure the maintenance of purified water
standard, change in time operating, implementation of standard operating
procedures, biweekly checking level of the brine tank and sodium hypochlorite
solution and creation of a book of records are proposed.
Key-words: Water purification. Pretreatment. Reverse Osmosis.
SUMÁRIO
p.
1 INTRODUÇÃO 8
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 10
2.1 Histórico 10 2.2 Métodos de purificação de água 12 2.2.1 Deionização 13 2.2.2 Filtração 13 2.2.3 Adsorção por carvão ativado 14 2.2.4 Osmose reversa (OR) 15 2.3 Fundamentos do processo de OR 15 2.4 Descrição de termos de operação 18 2.4.1 Recuperação (Recovery) 18 2.4.2 Rejeição (Rejection) 19 2.4.3 Passagem 19 2.4.4 Permeado (Permeate) 19 2.4.5 Escoamento (Flow) 19 2.4.6 Fluxo (Flux) 20 2.4.7 Índice de densidade de sedimento (SDI, do inglês Silt Density Index) 20 2.4.8 Polarização de Concentração 20 2.4.9 Incrustações 23 2.4.9.1 Precipitação (Scale) 23 2.4.9.2 Deposição (Silt) 24 2.4.9.3 Bioincrustação (Biofouling) 24 2.4.9.4 Material orgânico (Organic Fouling) 25 2.5 Pré-tratamento 25
3 MATERIAL E MÉTODOS 29 3.1 Estudo de caso da EMBRAPA Gado de Leite 31 3.1.1 EMBRAPA Gado de Leite 31 3.1.2 Sistema VEXER de pré-tratamento 31 3.1.2.1 Tanque de água bruta 32 3.1.2.2 Sistema de pressurização 32 3.1.2.3 Sistema de dosagem de hipoclorito de sódio 32 3.1.2.4 Hidrômetro 32 3.1.2.5 Filtro de areia/zeólita 32 3.1.2.6 Abrandador 33 3.1.2.7 Sistema de filtração e decloração 33 3.1.2.8 Tanque de água tratada 33 3.1.2.9 Manômetros 33 3.1.2.10 Pontos de amostragem (PA) 34 3.1.3 Equipamento de Osmose Reversa RiOs 34
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 37
4.1 Resultados das análises físico-químicas 37
4.2 Resultados das análises microbiológicas 39 4.3 Avaliação dos questionários 40 4.4 Controle diário da OR 42
5 CONCLUSÕES 44
REFERÊNCIAS 46
APENDICE – Questionário avaliativo do uso da água de osmose reversa na EMBRAPA Gado de Leite – Unidade Juiz de Fora
49
8
1 INTRODUÇÃO
Água é amplamente utilizada como matéria-prima, ingrediente e solvente em
processamento, formulação e fabricação de produtos e reagentes analíticos (United
States Pharmacopeia - USP, 2007). Entretanto, o suprimento urbano de água não
oferece pureza suficiente para muitas aplicações em laboratório (BREDA, 2011).
Mesmo na água potável são encontrados vários contaminantes que podem causar
distorções nos resultados das análises e procedimentos (MURADIAN FILHO, 2002).
A água purificada é necessária, entre outras aplicações, para análises
instrumentais; para preparação de reagentes, tampões e meios de cultura e para
limpeza de utensílios, equipamentos e sistemas. Os requisitos de qualidade da água
dependerão da sua finalidade e emprego, assim como a escolha do esquema de
purificação dependerá do grau de pureza a ser atendido (FARMACOPEIA
BRASILEIRA, 2010).
Os sistemas de purificação permitem a remoção de certos contaminantes
críticos para determinado procedimento. Nenhum método, isoladamente, poderá
remover todos os tipos de contaminantes nos níveis requeridos para todas as
aplicações. É preciso escolher um procedimento de purificação de água em uma
combinação de operações unitárias que produza água em grau de pureza adequado
(MURADIAN FILHO, 2002).
A água tratada pelos sistemas de purificação recebe diferentes classificações
segundo os compêndios oficiais, consoante aos padrões que deve atender para o
uso a que se destina. A Farmacopeia Brasileira (2010), por exemplo, classifica a
água em Água para Injetáveis, Água Purificada e Água Ultrapurificada, sendo esta
última a geralmente utilizada na maioria de procedimentos laboratoriais de ensaio,
9
que requeiram leituras em baixas concentrações ou que a pureza da água possa
afetar a sensibilidade, a reprodutibilidade ou a robustez do método analítico.
Já a designação de Tipos I, II e III é empregada pela International
Organization for Standardization (ISO - Organização Internacional de Normalização),
norma 3696, para finalidade de análise de produtos químicos inorgânicos e não
aplicável à água para pesquisa de traços orgânicos ou à água de emprego biológico
ou médico. Nesse caso, segundo a norma, o tipo III é adequado às análises de
rotina, exceto quando especificado o contrário.
Na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), unidade Gado
de Leite – Juiz de Fora, a rotina laboratorial demanda água em grau de pureza
superior àquele encontrado no fornecimento urbano e, por isso, um sistema de
purificação foi montado. O equipamento de osmose reversa (OR) instalado produz
água Tipo III para laboratório (Merck Millipore).
Inaugurado em 2009, o sistema substituiu o processo de destilação como
alternativa de melhor custo beneficio. É constituído por um arranjo de tecnologias de
purificação que atuam como pré-tratamento e por aparelho de OR (RiOs 30,
Millipore).
Tendo em vista a importância do acompanhamento da produção e dos
parâmetros de afluente/efluente para prolongamento da vida útil dos equipamentos e
manutenção da qualidade da água, o presente trabalho visou acompanhar o
processo operacional do sistema de purificação de água, avaliando-o e propor
medidas que aprimorem seu funcionamento.
10
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Histórico
A capacidade das membranas em separar pequenos solutos da água é
conhecida há bastante tempo. Um dos primeiros registros sobre membranas
semipermeáveis data de 1748, quando Abbe Nollet observou o fenômeno da
osmose (KUCERA, 2010). Mais tarde, em 1850, Pfeffer, Traube e colaboradores
estudaram o fenômeno osmótico com membranas de cerâmica. Em 1931 o processo
foi patenteado como um método de dessalinização de água e o termo Osmose
Reversa foi originado (BAKER, 2004).
Apesar do conhecimento de longa data sobre as propriedades das
membranas, o emprego real dessa tecnologia para tratamento de água é
relativamente recente. As primeiras unidades comerciais de osmose reversa foram
construídas no início da década de 60 do século passado (ORISTIANIO et al., 2006).
Em 1959 Reid e Breton demonstraram a capacidade de dessalinização de um
filme de acetato de celulose. Eles avaliaram possíveis membranas semipermeáveis
em abordagem de tentativa e erro, concentrando-se em filmes poliméricos que
possuíam constituintes hidrofílicos. Os materiais testados incluíam celofane,
poliestireno e acetato de celulose. Os autores concluiram que o filme de acetato de
celulose apresentava as propriedades de semipermeabilidade inerentes às
aplicações práticas, mas eram necessárias melhorias no fluxo e durabilidade para a
viabilidade comercial.
A descoberta que fez da OR um processo prático foi o desenvolvimento da
membrana assimétrica de acetato de celulose de Loeb-Sourirajan (BAKER, 2004). A
11
abordagem desses dois autores consistiu em pressurizar uma solução diretamente
contra uma película plana de plástico. Seu trabalho levou ao desenvolvimento da
primeira membrana assimétrica de acetato de celulose, em 1960. Esta membrana
fez com que a OR viesse a ter viabilidade comercial devido a melhora significativa
do fluxo, 10 vezes maior do que outros materiais de membrana conhecidos ao
tempo (KUCERA, 2010).
Membranas assimétricas de acetato de celulose foram o padrão da indústria
desde a década de 1960 até Cadotte, em 1972, desenvolver o método de
polimerização interfacial para produção de membranas compostas. Membranas
compostas interfaciais apresentavam taxa de rejeição de sais extremamente
elevada, combinada a um bom fluxo. Esta nova membrana exibiu tanto maior
rendimento quanto maior rejeição de solutos, sob menor pressão (BAKER, 2004).
Kucera (2010) afirma, entretanto, que o crescimento efetivo do uso da
tecnologia de OR se deu ao longo da década de 1990 e início de 2000, devido a sua
habilidade substituir/melhorar a troca iônica, poupando os usuários de dispor de
grandes quantidades de ácidos e álcalis e parte devido à diminuição dos custos com
as membranas, redução no tamanho do sistema de OR e também a menor
quantidade de tratamento pós OR necessário para obter a qualidade da água.
Inicialmente esse processo era usado para dessalinização de água do mar e
água salobra, mas conforme aumentam as necessidades da indústria por água de
melhor qualidade, estes sistemas têm crescido em complexidade. Além disso, a
demanda cada vez maior para reduzir o consumo de energia, economizar água,
controlar a poluição e recuperar materiais úteis do fluxo residual fizeram com que
novas aplicações se tornassem economicamente atraentes (DOW WATER &
PROCESS SOLUTIONS, 200-).
12
Os avanços no desenvolvimento das membranas, juntamente com o
progresso nas áreas de biotecnologia e produtos farmacêuticos, as estão tornando
uma etapa de separação importante que, comparativamente à destilação, oferece
economia de energia e não leva a degradação térmica dos produtos. Comparada ao
processo de troca iônica, muito utilizado para o abrandamento (remoção de dureza)
de águas industriais, a OR tem a vantagem de dispensar a etapa de regeneração,
processo que interrompe a produção (ORISTIANIO et al., 2006; DOW WATER &
PROCESS SOLUTIONS, 200-).
Infelizmente, o conhecimento sobre OR não acompanhou o ritmo da
tecnologia e do uso. Operadores são frequentemente confrontados com um sistema
de OR tendo recebido pouco ou nenhum treinamento. Isso resultou no fraco
desempenho dos sistemas de OR e perpetuação de equívocos sobre esse sistema
(KUCERA, 2010).
2.2 Métodos de purificação de água
A tecnologia atual permite a utilização de vários métodos de purificação,
isolados ou em conjunto, conforme a qualidade desejada para a água tratada e as
características da água bruta. A Tabela 1 indica os níveis máximos de
contaminantes, descritos em alguns compêndios oficiais, para cada tipo de água
tratada.
O sistema de purificação da EMBRAPA Gado de Leite conta com alguns dos
métodos mais comumente empregados, entre eles a deionização, a filtração, a
adsorção por carvão ativado e a osmose reversa (OR).
13
Tabela 1. Níveis máximos de parâmetros para tipos de água, segundo compêndios oficiais.
Compêndio Água C (µS/Cm)
COT (mg/L)
TMH (UFC/m) pH SiO2
(mg/L)
Farmacopeia Brasileira
Para Injetáveis - - <0,1 - - Purificada 1,3 0,50 <100 - -
Ultrapurificada 0,1 0,050 <0,01 - -
ISO 3696
Tipo I 0,01 - - - 0,01
Tipo II 0,1 - - - 0,02
Tipo III 0,5 - - 5 - 7,5 - C: Condutividade; COT: Carbono Orgânico Total; TMH: Total de Microrganismos Heterotróficos. Fonte: Farmacopeia brasileira, 2010; ISO 3696, 1987 (adaptado).
2. 2.1 Deionização
Nesse processo os íons são adsorvidos por resinas de troca iônica, as quais
são constituídas por polímeros orgânicos na forma de pequenas partículas, quase
sempre esféricas.
A água flui através de um leito dessas partículas, deslocando e substituindo
gradativamente os íons hidrogênio e hidroxila ativos da resina pelos cátions e ânions
da água, até que não haja mais íons H+ e OH- para serem trocados. Quando isso
ocorre, a resina está saturada e tem de ser regenerada. O processo de regeneração
é o inverso da operação normal, isto é, promove a substituição, dos cátions e ânions
sequestrados pelas partículas das resinas por íons H+ e OH-, respectivamente
(BREDA, 2011).
2.2.2 Filtração
A filtração elimina contaminantes que tendem a se acumular em algum
espaço, líquido ou gasoso. Para que ela ocorra é necessário um meio filtrante, pelo
qual as partículas serão retidas. Os meios filtrantes mais conhecidos são as
14
membranas, e os processos mais comuns que as empregam são Microfiltração,
Ultrafiltração e OR (AQUINO, 2011).
A diferença entre cada subtipo de filtração por membrana reside no tamanho
do poro que esta apresenta. Na microfiltração a membrana possui porosidade de 0,2
micrometros, impedindo passagem de qualquer impureza com diâmetro acima desse
valor. Já a ultrafiltração utiliza membrana muito similar à de osmose reversa, exceto
pelo fato de que os poros do ultrafiltro são ligeiramente maiores (BREDA, 2011).
Figura 1. Comparação esquemática entre as capacidades de rejeição dos processos de separação por membranas
Fonte: KUCERA, 2010.
2.2.3 Adsorção por carvão ativado
É um dos métodos mais indicados para remoção de compostos orgânicos por
adsorção e de remoção de cloro, por quimioadsorção (MURADIAN FILHO, 2002).
O ponto em que o filtro de carvão é instalado em uma sequência de
tecnologias de tratamento é de grande relevância. Sendo alocado antes da OR e da
deionização, preserva esses sistemas, sensíveis ao cloro e que não podem ser
depositados por matéria orgânica dissolvida. Por outro lado, quando disposto
15
posteriormente à OR, mantém o cloro na água dificultando a proliferação microbiana
nas resinas (BREDA, 2011; MURADIAN FILHO, 2002).
2.2.4 Osmose Reversa (OR):
Devido a excepcional eficiência de purificação, é alternativa que tem relação
custo/benefício mais interessante para um sistema de purificação de água (BREDA,
2011). As membranas de OR podem eliminar quase a totalidade de partículas,
bactérias e compostos orgânicos de peso molecular maior que 200 Da, além de
descartar também íons, por mecanismo de rejeição de cargas - quanto maior a
carga, maior a rejeição (MURADIAN FILHO, 2002).
Isoladamente, trata-se de recurso para obtenção de água com qualidade
adequada a muitas aplicações de rotina em laboratório. Ao longo deste trabalho a
OR será descrita em seus fundamentos e processos de maneira detalhada.
2.3 Fundamentos do Processo de OR
Osmose é um processo espontâneo em que a água flui através de uma
membrana semipermeável, a partir de solução com baixa concentração para outra,
com alta concentração (Fig. 2). A pressão osmótica direciona a água através da
membrana para diluir a solução mais concentrada, a fim de chegar ao equilíbrio.
Dessa maneira, a água continua a fluir, até que a concentração é equalizada em
ambos os lados. Nesse estado de equilíbrio a concentração de sólidos dissolvidos é
a mesma nos dois compartimentos e, portanto, não há mais fluxo de líquido
(KUCERA, 2010; MURADIAN FILHO, 2002).
16
Figura 2. Comparação entre os processos de osmose.
Fonte: FISHER et al., 2008.
Se na solução mais concentrada é aplicada uma pressão maior do que a
osmótica, as moléculas de água são empurradas de volta através da membrana
para o lado menos concentrado, e este é o processo da osmose reversa (BREDA,
2011).
A pressão aplicada força a água a passar através da membrana no sentido
inverso da osmose natural, filtrando-a para um compartimento enquanto que os
sólidos dissolvidos ficam retidos em outro. Assim, em um compartimento a água é
purificada ou "desmineralizada" e os sólidos no outro compartimento são
concentrados (KUCERA, 2010).
Na filtração convencional a água a ser purificada é forçada a atravessar,
perpendicularmente, um meio filtrante, o que é referenciado por KUCERA (2010)
como Dead-End Filtration. Nesse tipo de filtração toda solução atravessa a
membrana, criando apenas uma corrente de saída (filtrado) e deixando os sólidos
retidos na membrana. Este é o tipo de filtração utilizado em filtros de cartucho e
filtros de areia. Trata-se de um processo em lote, isto é, o filtro irá acumular
partículas e eventualmente entupir, impedindo a água de passar através dele. O
17
sistema de filtragem precisará então ser desligado temporariamente e o filtro
precisará ser limpo ou substituído.
As membranas de OR são geralmente operadas através de fluxo não
perpendicular, mas tangencial. Nesta modalidade, denominada Cross-Flow Filtration
por KUCERA (2010), a solução circula paralelamente à membrana, de forma que um
fluxo afluente gera dois fluxos efluentes. A porção de água que atravessa as
membranas é chamada de permeado (figura 3) e o restante, contendo os sólidos
remanescentes, é conhecido como concentrado ou rejeito (ORISTIANIO et al.,
2006).
O fluxo tangencial na membrana ajuda a manter sua superfície limpa por
abrasão da área. Em teoria, a Cross-Flow Filtration é uma operação contínua, uma
vez que o processo de limpeza manteria a superfície da membrana livre de
contaminantes. Na prática, no entanto, a ação de limpeza do fluxo nem sempre é
suficiente para impedir incrustações. Periodicamente as membranas terão de ser
tiradas de linha e o material que tenha acumulado na superfície, limpo.
As aplicações da OR são numerosas e variadas, incluindo a dessalinização
da água para torná-la potável, recuperação de águas residuais, processamento de
bebidas e alimentos, purificação de água doméstica e de água para processo
industrial (DOW WATER & PROCESS SOLUTIONS, 200-).
Figura 3. (a) Filtração comum e (b) filtração do tipo cross over.
Fonte: KUCERA, 2010.
18
2.4 Descrição de termos de operação
Quanto ao funcionamento normal e aos problemas operacionais, o sistema
possui alguns termos chave, cujos esclarecimentos tornam- se necessários.
2.4.1 Recuperação (Recovery)
Por vezes referida como "conversão", trata-se da porcentagem do volume de
água afluente que emerge do sistema de OR, sendo “recuperada” como produto, ou
"permeado". O design do sistema de membrana é baseado na qualidade esperada
para água de alimentação e a recuperação é definida através do ajuste inicial de
válvulas no fluxo de concentrado. A recuperação é frequentemente fixada ao mais
alto nível que maximiza fluxo de permeado, evitando a precipitação de sais (DOW
WATER & PROCESS SOLUTIONS, 200-).
A recuperação é calculada, segundo KUCERA (2010), usando-se a seguinte
equação:
% Recuperação = (fluxo de permeado / escoamento de alimentação) * 100
Exemplificando, na recuperação de 75% o volume de concentrado é um
quarto do volume afluente. Se, teoricamente, a membrana retém todos os sólidos
dissolvidos, estes estarão contidos em um quarto do volume de água que chegou ao
sistema. Assim, a concentração de sólidos dissolvidos seria quatro vezes maior no
efluente que no afluente. Este é o chamado "fator de concentração" (KUCERA,
2010).
19
2.4.2 Rejeição (Rejection)
Concentração, em porcentagem, do soluto removido da água de alimentação
pelo sistema de purificação. Por exemplo, se um sistema apresenta 98% de rejeição
de sílica, significa que a membrana reteve 98% da sílica presente na água afluente,
deixando passar 2% para o permeado (KUCERA, 2010).
2.4.3 Passagem
O oposto de rejeição, passagem é a porcentagem de constituintes dissolvidos
(contaminantes) na água de alimentação que passam através da membrana (DOW
WATER & PROCESS SOLUTIONS, 200-).
2.4.4 Permeado (Permeate)
Produto, água purificada produzida por um sistema de membrana (Aquino,
2011).
2.4.5 Escoamento (Flow)
Escoamento de alimentação é a taxa de água de alimentação introduzida no
sistema (afluente). Escoamento de concentrado é a taxa de escoamento da água de
alimentação que não permeou e sai do sistema (DOW WATER & PROCESS
SOLUTIONS, 200-).
20
2.4.6 Fluxo (Flux)
Taxa de permeado transportado por unidade de área de membrana. O criador
do sistema de OR escolhe a taxa de fluxo, não sendo uma propriedade da
membrana. Em geral, o fluxo que um sistema de OR é concebido para ser uma
função da qualidade da água afluente porque, quanto maior o fluxo, mais rápida
deposição de materiais nas membranas (KUCERA, 2010).
2.4.7 Índice de densidade de sedimento (SDI, do inglês Silt Density Index)
Índice de incrustação mais comumente usado que mede o potencial da água
afluente depositar sólidos suspensos e coloides em membrana de OR. Quanto
menor o SDI, menor potencial para a incrustação de uma membrana por sólidos em
suspensão (DOW WATER & PROCESS SOLUTIONS, 200-).
2.4.8 Polarização de Concentração
É o fenômeno do aumento da concentração de sais na superfície da
membrana durante o processo de filtração, inerente a todo processo de separação
por membranas. Sempre que os componentes de uma solução permeiam
seletivamente através de uma membrana ocorre um aumento de concentração do
soluto com menor permeabilidade na interface membrana/solução, isto é, sais
rejeitados pela membrana concentram-se temporariamente em sua superfície,
formando uma fina camada onde a concentração de componentes é superior à da
água de alimentação (OLIVEIRA, 2007; ORISTIANIO et al., 2006).
21
A água se desloca por uma membrana de OR assim como se deslocaria por
um tubo. No corpo da solução o fluxo é convectivo, enquanto que na camada limite,
a camada de fluido nas imediações de uma superfície delimitadora, é difusivo e
perpendicular à corrente do restante da solução. Em tubos não há fluxo convectivo
nessa camada, quanto mais lenta a velocidade da água, mais espessa torna-se.
Num sistema de OR, porque existe passagem de líquido através da
membrana, há corrente convectiva na direção desta superfície delimitadora, mas do
outro lado há apenas o fluxo de difusão. Uma vez que a difusão é mais lenta do que
a convecção, solutos rejeitados pela membrana tendem a depositar-se na superfície
e na camada limite. Assim, a concentração de solutos na superfície da membrana é
mais elevada do que no corpo da solução. Esta camada limite é chamada de
polarização de concentração (KUCERA, 2010).
Entre as principais consequências desse fenômeno estão o aumento da
pressão osmótica da solução nesta região, a diminuição do fluxo do solvente e o
aumento da passagem de soluto pela membrana (OLIVERIA, 2007). Se a
concentração de uma espécie é maior na superfície da membrana, como na
polarização de concentração, a quantidade desse soluto que passa para o
permeado será maior do que a quantidade calculada com base na concentração da
solução (veja fig.4 e fig.5).
22
Figura 4. Polarização da concentração na membrana.
Fonte: KUCERA, 2010.
Figura 5. Camada Limite num tubo.
Fonte: OLIVEIRA, 2007.
Embora a polarização de concentração seja reversível, a sua ocorrência pode
dar origem a outros tipos de fenômenos que prejudicam irremediavelmente o
desempenho da membrana, como incrustações (OLIVEIRA, 2007).
2.4.9 Incrustações
23
Constituem a principal causa de declínio de fluxo, aumento de custos
operacionais e perda de qualidade do permeado em sistemas de osmose reversa
(BAKER, 2004, OLIVEIRA, 2007). Trata-se do acúmulo de material na superfície da
membrana, que pode ser removido executando-se rotinas de limpeza química.
Todavia, quando a camada de depósito sobre as membranas é muito espessa ou de
composição muito complexa, os procedimentos de limpeza química não eliminam
totalmente o depósito (ORISTIANIO et al., 2006). Eventualmente a membrana ficará
colmatada de forma irreversível, exigindo a sua troca. Mais à frente, neste trabalho,
serão discutidas formas de se evitar o acúmulo de material na membrana.
BAKER (2004) afirma que, em geral, as fontes de incrustações podem ser
divididas em quatro categorias principais: preciptação, deposição, bioincrustação, e
materiais orgânicos. Mais de uma categoria pode ocorrer no mesmo sistema.
2.4.9.1 Precipitação (Scale)
Esse tipo de incrustação ocorre pela precipitação de sais metálicos
dissolvidos sobre a superfície da membrana. Conforme a água eflui, livre de sal, a
concentração de íons na água de alimentação aumenta até que, em algum
momento, o limite de solubilidade desse sal é excedido. Ele então precipita sobre a
superfície da membrana como uma incrustação. Este acúmulo leva à deterioração
física e química das membranas pela abrasão e oxidação das camadas poliméricas
e o aumento das pressões em virtude da maior resistência da água em atravessar a
membrana (BAKER, 2004).
2.4.9.2 Deposição (Silt)
24
A incrustação por deposição é formada por sólidos em suspensão de todos os
tipos, que se acumulam na superfície de membrana. As partículas mais comuns são
coloides orgânicos, produtos de corrosão do ferro, hidróxido de ferro precipitado,
algas e material particulado fino (BAKER, 2004).
2.4.9.3 Bioincrustação (Biofouling)
Refere-se ao crescimento de bactérias na superfície da membrana. A
formação de biofilme microbiano se inicia com a adesão de microrganismos
colonizadores, que se fixam após um tempo mínimo de contato na superfície da
membrana, condicionada pela adsorção de componentes orgânicos e inorgânicos da
água de alimentação. A susceptibilidade das membranas à incrustação biológica é
função de sua composição.
Após adesão primária, os microrganismos fixados capazes de metabolizar
carbono orgânico do meio líquido iniciam a biossíntese de biomassa, o que inclui a
formação de polímeros extracelulares (EPS). Esses polímeros formam uma camada
gelatinosa que envolve os organismos do biofilme e garantem sua estabilidade e
coesão mecânica, além de servir como barreira a ataques químicos e biológicos,
caracterizando a bioincrustação (ORISTIANIO et al., 2006).
2.4.9.4 Material orgânico (Organic Fouling)
25
A incrustação orgânica se dá pela ligação de materiais como óleo ou graxa à
superfície da membrana. Tais incrustações podem ocorrer acidentalmente em
sistemas de água potável municipais sendo, entretanto, mais comuns em aplicações
industriais, em que a OR é usada para tratar um efluente (KUCERA,2010).
2.5 Pré Tratamento
Para aumentar o tempo de vida útil da membrana e atender ao padrão de
pureza estabelecido para o uso da água, utiliza-se o processo conhecido como pré-
tratamento.
O método convencional de tratamento da água bruta consiste na adição de
coagulante, seguido de floculação, sedimentação e passagem por filtros para
remover partículas menores. Embora eficiente na remoção de matéria coloidal, esse
procedimento é pouco efetivo na remoção de bactérias e compostos orgânicos ou
inorgânicos dissolvidos (ORISTIANIO et al., 2006; GABELICH et al, 2003).
Considerando-se como fonte a água já tratada pela companhia municipal de
abastecimento, outros métodos de pré-tratamento devem ser empregados.
O material que pode se incrustar na membrana de OR é vasto, fortemente
relacionado às características físicas, químicas e microbiológicas da água de
abastecimento (BREDA, 2011; OLIVEIRA, 2007). Como o desempenho e a perfeita
operação de um sistema de OR dependem diretamente da qualidade dessa água
(KUCERA, 2010), análise de sua composição é necessária antes da elaboração de
pré-tratamento (BREDA, 2011; SINGH, 2006; OLIVEIRA, 2007; KUCERA, 2010).
26
Mesmo depois do sistema de membrana entrar em funcionamento, a água de
alimentação deve ser analisada regularmente para que o pré-tratamento e a
operação do sistema como um todo possam ser ajustados em conformidade às
variações sazonais (DOW WATER & PROCESS SOLUTIONS, 200-; KUCERA,
2010; BREDA, 2011). A tabela 2 expõe os parâmetros físico-químicos mais
importantes que devem ser considerados na análise da água afluente de acordo
com OLIVEIRA (2007).
Uma vez estabelecidas as características da água de abastecimento, a
escolha dos processos empregados como pré-tratamento será feita com objetivo de
neutralizar os fatores que apresentem probabilidade de colmatar/danificar a
membrana ou prejudicar o funcionamento da OR de alguma forma.
Tabela 2. Parâmetros físico químicos relevantes na água de abastecimento. Temperaturas máxima e mínima (°C) pH Condutividade (µS/cm) Concentração de íons (mg/L): Cátions Na+ K+ Ca+2 Mg+2 NH4
+ Fe+2 Mn+4 Sr+2
Ânions Cl- SO4
-2
NO3-
PO4 - 3
HCO3 -
F- CO3 -2
SiO2 (mg/L) CO2 livre (mg/L) O2 livre (mg/L) Cloro livre (mg/L) Sólidos totais dissovidos (mg/L)
Fonte: OLIVEIRA, 2007.
SINGH (2006) enumera como algumas operações unitárias do pré-tratamento
de OR a coagulação, o abrandamento, a filtragem em meio granular, a filtragem por
27
carbono ativado, a filtração por membranas, a desaeração-descarbonatação, a
oxidação química, a eletrodiálise, a desinfecção e a troca iônica.
Entretanto, WAGNER (2001) e KUCERA (2010) classificam essas tecnologias
em categorias mais abrangentes. O primeiro autor afirma que todos os bons
princípios de pré-tratamento da água afluente para equipamentos de filtração por
membranas podem ser resumidos em três regras: (1) remoção de sólidos
suspensos, (2) remoção de oxidantes e (3) prevenção de precipitação. De outra
forma, KUCERA (2010) agrupa as técnicas de pré-tratamento em quatro tipos: (1)
mecânico, (2) químico, (3) mecânico e químico e (4) sequenciado.
Independente da classificação adotada, a aplicação e o arranjo dessas
operações unitárias devem garantir tanto a qualidade desejada do permeado quanto
a preservação do aparelho de OR. Na tabela 3 são correlacionados o tipo de
tratamento a ser empregado se algum desses parâmetros encontram-se fora do
valor esperado e o efeito acarretado ao sistema de OR.
Tabela 3. Constituintes da água e método de tratamento.
Constituinte Fórmula química Efeito/Problema Tratamento
Turbidez
Expressa como Unidades
Nefelométricas de Turbidez (UNT)
Depósitos no sistema de distribuição de água e
equipamentos.
Coagulação, decantação e filtração.
Dureza Sais de Ca+2 e
MG+2. Expresso como CaCO3
Fonte de incrustação. Desmineralização, adição de surfactantes.
Alcalinidade HCO-3, CO-2
3 e OH- Formação de espuma e arraste de sólidos com
vapor.
Degaseificação, tratamento ácido.
Ácidos minerais livres
H2SO4, HCl, etc. Expresso como
CaCO3 Causa corrosão. Neutralização com
álcalis.
Dióxido de carbono CO2 Causa corrosão. Neutralização com
álcalis, aeração.
pH
Concentração de íon H+ definido
como pH = log(1/H+)
pH varia de acordo com a acidez ao alcalinidade da
água.
Aumento por adição de álcalis e decréscimo por
adição de ácidos.
28
Condutividade (Expresso em microSiemens/cm)
Alta condutividade pode aumentar as
característica corrosivas da água.
Desmineralização, OR, nanofiltração.
Nitrato NO-3
Adiciona-se aos sólidos em suspensão
Desmineralização, destilação, OR.
Sílica SiO2 Causa incrustações. Procedimentos a quente com sais de magnésio.
Sódio Na+ Quando combinado com
OH- pode causar corrosão.
Desmineralização, destilação, OR.
Alumínio Al+3 Pode contribuir para incrustações. Clarificação e filtração.
Ferro Fe+2 Fe+3 Fonte de deposições na distribuição.
Aeração, clarificação e filtração, troca iônica.
Oxigênio O2 Causa corrosão. Desaeração, inibidores de corrosão.
Sulfeto de hidrogênio H2S
Além da corrosão, ocasiona cheiro de “ovo
podre”. Aeração, cloração
Amônia NH3
Corrosão de cobre e Zinco, formando uma
mistura solúvel de íons complexos.
Troca iônica com zeólitos de hidrogênio, cloração,
desaeração.
Fonte: SINGH, 2006.
29
3 MATERIAL E MÉTODOS
Realizou-se análise de diversos parâmetros físico-químicos em determinados
pontos da estrutura, ilustrados na figura 6. Cada ponto foi identificado
numericamente por ordem de produção e amostragem da água. O ponto 7 foi
amostrado em dois laboratórios do 1º andar (laboratórios de análise de alimentos e
fibras) e dois do 2º andar (laboratório de biologia molecular e laboratório de
expressão gênica), sendo a média dos resultados feita posteriormente. Por meio de
análises específicas, relacionadas a cada etapa do pré-tratamento, visou-se avaliar
a eficiência das operações unitárias do sistema.
Figura 6. Fluxograma do sistema de purificação de água e a sequência de pontos amostrais.
O procedimento de amostragem constituiu-se da coleta de aproximadamente
500mL de água em cada ponto amostral, em béqueres de vidro, limpos e secos.
Previamente à coleta, um litro de água foi escoado em cada ponto.
As análises foram feitas imediatamente após a coleta. O método empregado
em cada uma delas, detalhado na tabela 5, foi escolhido a partir da disponibilidade
da EMBRAPA Gado de Leite.
30
Tabela 5. Método analítico empregado para verificação de cada parâmetro em cada ponto amostral.
Ponto de Amostragem Análises realizadas Atributo/equipamento
P1
Cloro livre pH Dureza Turbidez
Cloro livre: fotocolorímetro microprocessado da marca “ALFAKIT”, modelo: AT 1P. Resolução: 0,01 mg L-1
P2 pH Cloro livre Turbidez
pH: medidor de ph de bancada microprocessado da marca “TECNAL” modelo: TEC-3MP
P3 Turbidez
Turbidez: turbidímetro microprocessado, marca “ALFAKIT”, modelo: Plus, resolução de 0,01 UNT
P4 Dureza Condutividade Turbidez
Dureza: reação titulométrica do “EcoKit” marca “ALFAKIT”. Resolução de 4,0 mg L-1.
P5 Cloro livre
P6 Condutividade Turbidez
Condutividade: Medidor Multiparâmetros Portátil da marca Hanna Instruments, Modelo HI 9828. Resolução de 0,001mS/cm.
P7 Condutividade
Já a qualidade microbiológica da água foi avaliada de modo retrospectivo, a
partir das análises feitas trimestralmente, após cada sanitização do sistema de
purificação. Os ensaios consistiram da inoculação, em duplicata, de 1mL de
diluições 10-1, 10-2 e 10-3 de cada amostra em placas Petrifilm™, incubadas por 48h
a 35°C. Os pontos coletados foram: reservatório de água purificada do 2° piso (R2),
P1, P6, P7 (laboratórios de expressão gênica, de cromatografia e de biologia
molecular do 2º piso e laboratório de reprodução animal, 1° piso).
Como método de avaliação adicional foram aplicados questionários
destinados aos usuários da água purificada de cada laboratório, abordando temas
como a quantidade utilizada semanalmente e os procedimentos nos quais era
empregada.
Além disso, um controle diário foi elaborado para fins de arquivo e verificação
da operação global da estrutura (figura 7). Os dados obtidos por esta conferência
diária puderam ser comparados com as respostas dos questionários,
31
proporcionando uma visão integrada. No período compreendido entre 21 de março
de 2012 e 30 de maio do mesmo ano, o sistema foi monitorado registrando-se duas
vezes por dia as características de seu funcionamento.
Figura 7: Ficha de controle diário do sistema de OR.
Dia Hora Verificações Assinatura do responsável pelo preenchimento
Volume de água no reservatório R1:* R2: Rpré:
Pressão: Status do aparelho de OR:
Volume nos tanques de Cl: Salmoura:
*R1: Reservatório de água purificada do 1° andar; R2: Reservatório de água purificada do 2° andar; Rpré: Reservatório de água reclorada do 2° andar.
3.1 Estudo de caso da EMBRAPA Gado de Leite
3.1.1 EMBRAPA Gado de Leite
Para atender à rotina dos 13 laboratórios de pesquisa, a unidade conta com
processo de pré-tratamento (Marca VEXER) e com sistema de purificação de água
por OR (RIOs 30, marca Millipore).
3.1.2 Sistema VEXER de pré-tratamento
Os componentes da etapa de pré-tratamento com suas respectivas funções
são listados abaixo, em ordem, segundo o Manual de Operação: Sistema de Pré-
Tratamento para Equipamento de Osmose Reversa.
32
3.1.2.1 Tanque de água bruta:
Local onde a água é armazenada para posterior filtragem.
3.1.2.2 Sistema de pressurização:
Fornece pressão e vazão para o aparelho de OR.
3.1.2.3 Sistema de dosagem de hipoclorito de sódio:
É composto por bomba dosadora de funcionamento automático e um tanque
reservatório de solução de hipoclorito de sódio 0,12%. Esta etapa promove a
cloração da água a ser armazenada no tanque de água bruta.
3.1.2.4 Hidrômetro:
Mede a quantidade de água consumida pelo sistema de pré-tratamento e
equipamento de OR.
3.1.2.5 Filtro de areia/zeólita:
Remove os sólidos em suspensão. É acoplado a um relógio comum que
marca o horário real e inicia a retrolavagem às 2h da manhã, determinado pela
fábrica, de modo automático.
33
3.1.2.6 Abrandador:
Composto por resina catiônica ativada no ciclo do sódio. Remove íons cálcio
e magnésio da água de abastecimento, com a finalidade de evitar incrustações.
Também é acoplado a um relógio, cronometrado para iniciar a regeneração
automática da resina às 2h da manhã, horário padrão de fábrica, a partir de uma
solução supersaturada de cloreto de sódio (salmoura), armazenado em tanque de
PVC com volume de 30 litros.
3.1.2.7 Sistema de filtração e decloração:
Composto por uma série de três filtros: filtro de 5 micra, filtro de 1 micra e filtro
de carvão ativado.
3.1.2.8 Tanque de água tratada:
Armazena a água produzida pelo sistema de OR para posterior distribuição.
3.1.2.9 Manômetros:
A título de verificação, medem a pressão em quatro pontos diferentes do
sistema de pré-tratamento.
34
3.1.2.10 Pontos de amostragem (PA):
Trata-se de conjunto de torneiras que possibilitam coleta de água para analise
em quatro diferentes pontos do sistema de pré-tratamento.
Figura 8. Fluxograma dos componentes do sistema de pré-tratamento VEXER.
3.1.3 Equipamento de Osmose Reversa RiOs.
O sistema de osmose reversa RiOs 30, da Merck Millipore, é projetado para
produzir 30 l/h de água de laboratório Tipo 3 (classificação dada pela empresa), a
partir de água de alimentação potável, cujos requisitos estão descrito na tabela 6.
A água produzida em tal equipamento é adequada para as seguintes
aplicações: água de abastecimento de umidificadores, autoclaves, lavagem de
vidraria e água para sistemas de água ultrapura Milli-Q e Super-Q (Merck Millipore).
A qualidade do produto, segundo o manual do aparelho é descrita abaixo:
35
• % Rejeição de íons 95% - 99%
• Microrganismos < 10 UFC/mL
• Rejeição de material particulado > 99%
• Rejeição de material orgânico > 99% (para massa molecular > 200dalton)
Tabela 6. Requisitos da água de alimentação para o aparelho RiOs Parâmetro Limite
Condutividade <200 µS/cm a 25ºC pH 4 - 10
Cálcio (como CaCO3) < 300 ppm (quando a recuperação do
sistema é >50%) Fonte: Merck Millipore, 2012.
O RiOs é integrado a rede centralizada, o que proporciona controle de todos
os parâmetros dentro do próprio sistema, bem como dentro do ciclo de distribuição
externo de água pura. A rede é constituída por canos especiais que evitam o
desgaste por lixiviação e a formação de biofilme. A água purificada é distribuída a
cada laboratório por esta rede, em tubulação exclusiva.
36
Figura 9. Fotografia do aparelho de OR, modelo RiOs – Millipore na EMBRAPA Gado de
Leite.
Fonte: Merck Millipore, 2012.
37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Resultados das análises físico-químicas
As análises efetuadas no ponto amostral 1 (P1) indicam que a qualidade da
água de suprimento urbano atende as especificações da PORTARIA MS nº 2914/11,
que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água
para consumo humano e seu padrão de potabilidade (BRASIL, 2011).
Tabela 7. Resultado das análises físico-químicas. Ponto de
Amostragem Análises realizadas Valor encontrado Referência
P1
Cloro livre (mg/L) 0,76 ≤2,0a pH 6,5 6 – 9,5a Dureza (mg/L) 20 ≤500a Turbidez (UNT) 2,66 ≤5a
P2 Cloro livre (mg/L) 1,12 0,5 – 2,0b pH 6,5 5,5 – 8,0b Turbidez (UNT) 2,94 ≤5a
P3 Turbidez (UNT) 2,66 ≤5c
P4 Dureza (mg/L de Ca CO3) 0 <60c Condutividade (µS/cm) 85,0 <120c Turbidez (UNT) 8,24 ≤1c
P5 Cloro livre (mg/L) 0,7 0 – 0,1c
P6
Condutividade (µS/cm) 3,0 Rejeição de íons 95% -
99%d
Turbidez (UNT) 0,54
Rejeição de material
particulado > 99%d
P7 Condutividade (µS/cm) 3,75 3 – 5c
Fonte: Para os dados, a autora, 2012. Para os valores de referência: aPORTARIA MS nº 2914/11 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2011).
bOMS - Diretrizes de Qualidade para Água Potável (WHO, 2011). cSueki Tsukuda, farmacêutico-bioquímico, consultor técnico em purificação de água, diretor comercial da START – Assessoria e Representações Tecnológicas SS Ltda. (2009) d Manual do aparelho de OR, RioS (Merck Millipore, 2012).
38
Os valores de pH e concentração de cloro livre em P2 apontam que o
processo de recloração da água afluente é eficaz, seguindo o que preconiza a OMS
(WHO, 2011), a desinfecção ocorre em pH menor que 8 e concentração de cloro
livre maior que 0,5mg/L.
Os resultados de turbidez em P2 e P3, apesar de estarem dentro do estimado
como referência, demonstram discrepância quando comparados à análise do
parâmetro no ponto amostral 4, após o abrandador. O elevado valor encontrado
pode sugerir necessidade de troca dos equipamentos ou manutenção. É possível
que o filtro de areia/zeólita apresente algum dano, causando desprendimento de
partículas, as quais eventualmente se depositam no abrandador, sem alterar sua
função remoção da dureza da água.
A concentração de cloro livre em P5 revela que a eficiência do filtro de carvão
ativado está comprometida. Segundo informação técnica emitida pelo fabricante
(EDERLI, 2012), o filtro deveria remover entre 98% - 100% do valor de cloro livre e
não cerca de 60%, como o aferido. Essa não conformidade com a referência denota
que o refil interno do filtro provavelmente está saturado e deveria ser substituído.
A condutividade de P6, em relação à medida no ponto amostral 4, apresentou
concordância com a porcentagem mínima de íons que o aparelho de OR é capaz
remover (MERCK MILIPORE, 2012). Mais que 95% dos íons foram removidos após
a ação do abrandador, reduzindo a leitura de 85,0 µS/cm para 3,0 µS/cm. Quanto à
turbidez, pode-se observar que mesmo não retirando a quantidade de material
particulado apregoada no manual, o aparelho de OR reduziu drasticamente esse
parâmetro. A condutividade aferida em P7 enquadram-se no estimado como
referência.
39
4.2 Resultados das análises microbiológicas
Os ensaios microbiológicos feitos após as sanitizações do sistema (tabela 9)
revelam que a contagem de unidades formadoras de colônia foi, majoritariamente,
maior do que o esperado em todos os pontos de uso amostrados (P7 - laboratórios).
Apenas em uma das 9 análises registradas o crescimento foi menor do que o valor
de referência.
Tabela 9. Retrospecto das análises microbiológicas.
Amostragem Data
*Referência 19/5/09 09/3/10 06/4/10 13/9/10 20/9/10 15/3/12
Água de abastecimento
urbano (P1) SC** SA*** SA SA SA SA <500
UFC/mL
Lab. Expressão
Gênica (P7) Incontável SA SA SA SA SA <100
UFC/mL
Lab. Cromatografia
(P7) Incontável SA SA SA SA SA <100
UFC/mL
Lab. Biologia Molecular (P7) SA 1,5.104
UFC/mL SA 7,5.10 UFC/mL SA 4,1.103
UFC/mL <100
UFC/mL Lab.
Reprodução Animal (P7)
SA 4,5.103
UFC/mL SA 1,7.103 UFC/mL
8,4.102 UFC/mL
2,0.104 UFC/mL
<100 UFC/mL
Saída da OR (P6)
7,4.10 UFC/mL
1,0 UFC/mL SA SC SA SC <10
UFC/mL
R2**** SA SA 7,6.102 UFC/mL SA SA SA <100
UFC/mL *Sueki Tsukuda, farmacêutico-bioquímico, consultor técnico em purificação de água, diretor comercial da START – Assessoria e Representações Tecnológicas SS Ltda. (2009). ** SC: Sem Crescimento. ***SA: Sem análise nesta data para este ponto amostral. **** R2: Reservatório de água purificada do 2° andar Fonte: Arquivo próprio do laboratório de microbiologia, responsável pelas análises.
Por outro lado, as amostras do efluente direto do aparelho de OR
permaneceram, na maioria das vezes, com crescimento dentro do estimado. O único
ensaio microbiológico arquivado do reservatório de água purificada apresentou valor
maior do que o de referência, todavia menor do que os resultados dos pontos de
40
uso, em geral. Isto pode ser demonstrativo da contaminação da água ao percorrer a
tubulação, devido à possível formação de biofilmes.
As prováveis causas da contagem acima do referencial podem ser diversas,
como sanitização com periodicidade/execução inadequada, existência de biofilmes
nas tubulações, contaminação durante a coleta ou manipulação da amostra, entre
outros. O não crescimento de micro-organismos nas amostras coletadas
imediatamente após o aparelho de OR nas duas últimas análises indica que o
sistema tem produzido água purificada de alta qualidade microbiológica e que as
fontes de contaminação são externas a ele.
Apesar de não registradas na tabela 8, foram feitas análises dos pontos
amostrais P6 e P7 periodicamente, a cada sanitização trimestral. Tal processo utiliza
400mL de ácido peracético 17% (CH3OOOH) vertidos diretamente no reservatório do
2º patamar, em 40l de água purificada, sendo a solução recirculada por toda
tubulação. É possível que o aumento da frequência de sanitizações ou da
concentração do reagente otimize o parâmetro microbiológico da água. Entretanto,
considerando a extensão do procedimento e que durante sua realização todos os
laboratórios têm o suprimento de água suspenso, usando como recurso apenas o foi
estocado no dia anterior, tais possibilidades devem ser confrontadas com a
necessidade real de quem usufrui do sistema de purificação de água.
4.3 Avaliação dos questionários
Pela avaliação dos questionários pode ser observado que apenas 2
laboratórios analisam algum parâmetro da água purificada, sendo eles condutividade
e pH (figura 9). Contudo, um dos que não realizam análise relatou dar tratamento
41
adicional à água purificada, deionizando-a antes do uso. Todos os demais afirmam
que os parâmetros da água atendem suas necessidades, da maneira que ela chega
ao ponto de utilização.
Figura 10. Gráfico da porcentagem dos laboratórios que analisam ou não a água purificada antes do uso.
Quanto ao uso, as aplicações mais comuns são para lavagem/enxague de
vidraria e preparo de soluções. Outro emprego da água purificada é para preparo de
ágar/meio de cultura, em 4 laboratórios (figuras 10 e 11).
Figura 11. Diagrama da porcentagem relativa do emprego da água purificada nos laboratórios.
42
Figura 12. Gráfico da porcentagem do emprego da água em relação ao total de laboratórios.
O gasto semanal de água purificada estimada no questionário pelos usuários
do sistema foi de 1688 litros, sendo 985L para os laboratórios do 1° patamar do
prédio e 703L para o segundo. Comparando-se tais valores com o rendimento diário
do aparelho é notável que a produção ininterrupta de água durante o funcionamento
normal da EMBRAPA Gado de Leite não é suficiente para suprir a demanda. Ao
dividir a quantidade de 1688 litros pelas 40 horas de trabalho semanais tem-se que a
cada hora são utilizados cerca de 42 litros de água purificada enquanto que a
capacidade de produção do aparelho de OR é de 30 L/h..
4.4 Controle diário da OR
Avaliando o controle diário da estrutura é possível afirmar que, para atender
as necessidades dos laboratórios, o sistema operou não só durante o horário de
funcionamento da EMBRAPA, mas também durante toda a noite de modo contínuo
por longos períodos. É provável que tal estratégia, durante os anos de uso, tenha
antecipado problemas técnicos de maquinário, como a avaria sofrida pela bomba
43
interna do aparelho de OR no período em que esse estudo de caso era
desenvolvido.
Foi ainda possível estimar, pelos registros, a frequência com que solução de
hipoclorito de sódio 0,12% era gasta pelo sistema. Mantendo seu funcionamento
normal, aproximadamente uma vez por semana o volume da solução atinge o limite
estipulado (15 litros), sendo então preciso completar o reservatório. Quanto ao uso
da salmoura para regeneração da resina de troca iônica do abrandador, pode-se
verificar uma periodicidade mensal na necessidade de nova solução para completar
o volume do tanque.
44
5 CONCLUSÕES
A água purificada pelo sistema em questão atente às necessidades dos
laboratórios da EMBRAPA Gado de Leite, em sua maioria, como observado nos
questionários aplicados. O acompanhamento do processo operacional da estrutura
demonstrou que, em geral, os equipamentos funcionam segundo as especificações
dos fabricantes, embora se tenha notado inconformidades relativas ao filtro de
carvão ativado e filtro zeólita.
Ainda assim, algumas medidas poderiam ser tomadas com o objetivo de
garantir o melhor desempenho da estrutura e o tempo de vida útil de seus
componentes.
Uma das sugestões é efetuar a troca dos refis de pré-tratamento (filtração e
decloração) na periodicidade indicada pelo fabricante, que é mensal (MANUAL de
operação, 200-). Caso esta conduta seja demasiadamente onerosa, pode-se
alternativamente medir os valores de cloro residual livre e turbidez com frequência
semanal após a data em que os refis deveriam ter sido trocados. Dessa forma a o
equipamento de OR seria poupado de receber água em parâmetro inadequado, o
que poderia causar dano ainda mais dispendioso do que a troca dos refis.
Adicionalmente, um livro de registros poderia ser instituído a fim de que todas
as análises e manutenções fiquem arquivadas, possibilitando comparação do
desempenho do aparelho, de modo que, por exemplo, o desenvolvimento de
biofilme na tubulação possa ser observado e controlado.
Outro procedimento interessante seria verificação bissemanal dos níveis dos
tanques de salmoura e hipoclorito de sódio e dos relógios de retrolavagem do filtro
45
de areia/zeólita e de regeneração do abrandador. Assim, o sistema seria prevenido
de funcionar de maneira diversa à esperada.
A implantação de procedimentos operacionais padrão permitiria a
padronização das atividades de manutenção do aparelho de OR, de sanitização do
sistema e de monitoramento da água, além de tornar sua execução acessível a
todos os responsáveis pelo sistema.
Como última sugestão, uma mudança no tempo de produção de água
purificada poderia propiciar vida útil maior aos constituintes da estrutura. Já que a
demanda não é suprida pela produção diária e o sistema funciona de modo
automático, seria proveitoso durante o dia deixá-lo desligado e operando apenas à
noite. Tal organização produziria 112 litros a mais do que o estimado pelos usuários
no questionário e 450L a mais do que o funcionamento apenas durante o dia, além
de preservar a estrutura de purificação de água.
46
REFERÊNCIAS
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BRASIL. Farmacopeia Brasileira, 5. ed. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Brasília: Anvisa, 2010. p. 586-588. v. 2. Disponível em: < http://www.anvisa.gov.br/hotsite/cd_farmacopeia/pdf/volume2.pdf>. Acesso em: 03 abr. 2012. BREDA, E. M. Filtração para obtenção de água para análises laboratoriais. Meio Filtrante, São Paulo, ano IX, 49. ed., mar./abr. 2011. Disponível em:< http://www.meiofiltrante.com.br/materias_ver.asp?action=detalhe&id=686&revista=n49 >. Acesso em: 03 abr. 2012. Dow Water & Process Solutions. FILMTEC™ Reverse Osmosis Membranes: Technical Manual.181 p. [200-]. Disponível em: <http://www.chesterpaul.com/pdf/filmtec/FILMTEC%20Technical%20Manual.pdf>. Acesso em 04 abr. 2012.
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APÊNDICE
QUESTIONÁRIO AVALIATIVO DO USO DA ÁGUA DE OSMOSE REVERSA EMBRAPA GADO DE LEITE – UNIDADE JUIZ DE FORA
Nome do laboratório: Nº lab. Responsável pelo preenchimento: Função:
Data do preenchimento: Prazo de entrega: até 16/3/2012
1) Neste laboratório, para quais procedimentos a água proveniente da osmose reversa (tubulação verde) é usada?
2) É realizado algum tipo de análise/teste de algum(s) dos parâmetros dessa água? Quais?
3) As características da água, assim como chega ao seu ponto de coleta no laboratório, atendem a necessidades deste?
4) Se não, qual (is) tratamento posterior é realizado para que a qualidade da água atenda à demanda deste laboratório?
5) Neste laboratório, essa água fica estocada em barrilhete?
6) Quantos litros de água da osmose reversa são utilizados neste laboratório semanalmente (aproximado)?