Os depósitos biológicos, também conhecidos como biofilmes ou biofouling, são acumulações de microrganismos como bactérias, algas, fungos e outros materiais biológicos em superfícies em contacto com a água. Estes depósitos ocorrem em muitos circuitos industriais de água, tais como sistemas de água de arrefecimento, sistemas de membranas (osmose inversa) e tubagens, e constituem um desafio para o funcionamento eficiente e a fiabilidade a longo prazo dos sistemas de tratamento de água.
Índice
Formação de depósitos biológicos
A formação de biofilmes começa com a fixação de microrganismos a superfícies que estão em contacto contínuo com a água. Este processo é caracterizado pelas seguintes etapas:
Fixação primária: Os microrganismos individuais, como as bactérias, fixam-se à superfície. Esta fixação é influenciada por interações físicas, como as forças de van der Waals, a atração eletroquímica e a estrutura química da superfície. As superfícies lisas e hidrofóbicas são menos propensas à formação de biofilmes do que os materiais rugosos e hidrofílicos.
Divisão celular e produção de EPS: Depois de os microrganismos se terem fixado à superfície, começam a multiplicar-se e a produzir uma substância polimérica extracelular (EPS) que estabiliza o biofilme. Esta substância pegajosa forma uma matriz protetora constituída por polissacáridos, proteínas e outros materiais orgânicos. Mantém os microrganismos unidos e fornece proteção contra influências externas, como produtos químicos ou limpeza mecânica.
Formação e crescimento do biofilme: Ao longo do tempo, o biofilme continua a crescer à medida que mais e mais microrganismos colonizam e reforçam a rede EPS. Em sistemas industriais, este processo pode levar a um aumento significativo da resistência ao fluxo e a uma redução da transferência de calor, particularmente em permutadores de calor e circuitos de refrigeração. Nos sistemas de membrana, como a osmose inversa, a bioincrustação pode bloquear os poros da membrana e reduzir o fluxo transmembranar (TMP), o que prejudica a eficiência e a vida útil do sistema.
Foto: Crescimento biológico numa superfície de transferência de calor de um circuito de refrigeração
Contexto técnico e efeitos
Os depósitos biológicos podem ter um impacto sério no funcionamento dos sistemas industriais de água e de águas residuais:
Redução da eficiência do sistema: Nos circuitos de refrigeração, os biofilmes levam a uma redução da eficiência da transferência de calor. O biofilme actua como um isolante térmico, o que significa que tem de ser utilizada mais energia para arrefecer ou aquecer os processos. Nas tubagens, a bioincrustação aumenta a resistência hidráulica e, por conseguinte, a energia necessária para bombear a água.
Aumento do risco de corrosão: Os depósitos biológicos podem acelerar a taxa de corrosão das superfícies metálicas através da corrosão microbiana induzida (MIC). Esta é causada por microrganismos que promovem processos de redução de sulfatos ou enxofre em condições de baixo teor de oxigénio, o que leva à formação de substâncias corrosivas como o sulfureto de hidrogénio (H₂S).
Deterioração da qualidade da água: Os biofilmes podem atuar como um reservatório de microrganismos patogénicos que se distribuem pelo sistema de água. Isto representa um problema sério, particularmente na indústria alimentar e no tratamento de água potável.
Incrustação de membranas: Em sistemas de membranas, como a osmose inversa, a formação de biofilmes leva a uma redução drástica do caudal e a uma maior necessidade de ciclos de limpeza química. Isto reduz a vida útil das membranas e aumenta os custos de funcionamento.
Medidas de prevenção e controlo
Na prática, são adoptadas várias medidas estratégicas para minimizar os efeitos negativos da bioincrustação:
1. tratamento químico
- Biocidas: Os biocidas que matam os microrganismos ou inibem o seu crescimento são utilizados para evitar a formação de depósitos biológicos. Exemplos de biocidas comuns são o cloro, o hipoclorito de sódio ou o ácido peracético. No entanto, devem ser utilizados biocidas sem cloro nos sistemas em que são utilizadas membranas, uma vez que o cloro pode danificar as membranas.
- Dispersantes: Estes produtos químicos ajudam a dissolver biofilmes já formados e a desestabilizar a matriz EPS, de modo a que o biofilme possa ser mais facilmente removido mecanicamente.
Foto: Vista geral do produto dos nossos biocidas para circuitos de refrigeração. Para mais informações sobre os nossos fluidos operacionais para sistemas de água de refrigeração, visite o nosso sítio Web em: Água de arrefecimento ALMA AQUA
2. procedimentos físicos
- Enxaguamento e limpeza mecânica: A lavagem regular com água a alta pressão ou com misturas de ar/água pode ajudar a reduzir a acumulação de microrganismos. A utilização de sistemas de limpeza mecânica, como escovas ou sistemas de limpeza de esferas, pode ser eficaz em permutadores de calor e tubagens.
- Ultra-sons ou luz UV: Em algumas aplicações, os ultra-sons ou a irradiação UV é utilizada para destruir microorganismos diretamente ou para evitar que adiram às superfícies. A luz UV é um método comum nos sistemas de água potável para desinfeção e para evitar a bioincrustação.
Foto: Reator UV para a desinfeção e higienização de águas residuais e águas de processo(ALMA OXI UV)
3. conceção e otimização do sistema
- Seleção do material: A utilização de materiais resistentes à corrosão e lisos pode reduzir a formação de biofilme, uma vez que os microrganismos têm mais dificuldade em aderir a essas superfícies.
- Otimização das condições de fluxo: Os biofilmes preferem formar-se em zonas de baixo caudal. A formação de depósitos pode ser reduzida optimizando a velocidade do fluxo ou evitando zonas mortas nas tubagens.
4. pré-tratamento biológico
Biofiltração: Um método particularmente eficaz para reduzir a bioincrustação em sistemas de tratamento de água a jusante é a utilização de sistemas de filtração biológica. A ALMAWATECH oferece a solução para isso ALMA BioFil Compact solução. Este sistema é particularmente adequado para caudais de águas residuais até 50 m³/h e pode ser utilizado a montante de sistemas de membranas, como a osmose inversa, para remover cargas residuais baixas de substâncias orgânicas. Isto reduz significativamente o potencial de bioincrustação e garante um funcionamento mais eficiente e económico da osmose inversa.
ALMA BioFil Compact é particularmente útil no tratamento de águas residuais, tais como condensados de vapor da indústria alimentar (especialmente de lacticínios). Ao reduzir as substâncias orgânicas antes de entrarem nos sistemas de membranas, a vida útil das membranas é prolongada e o esforço de limpeza é significativamente reduzido. Esta é uma abordagem sustentável para prevenir a bioincrustação a longo prazo e minimizar os custos operacionais.
Foto: Desenho 3D do nosso sistema de biofiltração ALMA BioFil Compact para a eliminação de poluentes orgânicos
Relevância na prática
Na prática industrial, os depósitos biológicos são uma causa frequente de avarias e perdas de eficiência. Nos sistemas de água de refrigeração, os biofilmes podem reduzir a eficiência da transferência de calor até 20%, enquanto que nos sistemas de osmose inversa, os custos de funcionamento podem aumentar drasticamente devido ao aumento dos ciclos de limpeza e ao desgaste prematuro das membranas. A monitorização e o tratamento contínuos da bioincrustação são, por isso, uma parte essencial da gestão de instalações no tratamento de água.
Conclusão
Os depósitos biológicos representam um desafio complexo no tratamento de águas industriais. A formação de biofilmes pode levar a perdas consideráveis de eficiência, a um aumento dos custos de manutenção e a uma deterioração da qualidade da água. Através da utilização de medidas específicas como o tratamento químico com biocidas, técnicas de limpeza física (como o tratamento ALMA OXI UV), sistemas de biofiltração e uma conceção bem pensada do sistema, os efeitos negativos da bioincrustação podem ser controlados e minimizados. Uma compreensão profunda dos processos biológicos e do seu impacto na tecnologia do sistema é essencial para garantir um tratamento de água eficiente e económico.
