Foto porIvan BandurasobreUnsplash
Uma equipe de pesquisadores chineses fez um avanço inovador no tratamento de águas residuais com a aplicação bem-sucedida da tecnologia UV/E-Cl para mitigar a incrustação do gel da membrana. O estudo, publicado recentemente emComunicações da Natureza, destaca uma nova abordagem para melhorar a eficiência da desidratação e o desempenho da filtração por membrana em processos de tratamento de águas residuais.
Eficiência aprimorada de desidratação
O estudo demonstrou que a aplicação de UV/E-Cl melhorou significativamente o fluxo de água em experimentos de desidratação, atingindo fluxos de até 138% no sistema E-Cl, 239% no sistema UV e 198% no controle. Isso sugere que o UV/E-Cl rompe efetivamente as estruturas de incrustação da membrana, levando a um melhor desempenho na desidratação. Utilizando um sistema modelo SA-BSA, os pesquisadores conseguiram simular o comportamento complexo da substância polimérica extracelular (EPS) e confirmar a relevância de proteínas e polissacarídeos na desidratação de lodo de esgoto (WAS).
Análises moleculares dos mecanismos de incrustação
O estudo investigou as interações intermoleculares de proteínas e polissacarídeos, revelando que a ligação eletrostática entre grupos amino e carboxila desempenha um papel crucial na incrustação da membrana. Através de análises espectrais de FTIR e simulações de Teoria do Funcional da Densidade (DFT), os pesquisadores identificaram três modos de ligação molecular, indicando uma forte preferência por conformações lineares que promovem a reticulação do polímero. Essas descobertas fornecem uma compreensão em nível molecular de como a radiação UV/E-Cl interrompe essas interações, levando à redução da viscosidade, ao aumento do tamanho dos flocos e à maior liberação de água.
Papel sinérgico dos radicais Cl na mitigação da incrustação
Análises adicionais demonstraram que os radicais de cloro (Cl•) desempenham um papel dominante na degradação da BSA e da SA, contribuindo com mais de 90% para sua decomposição. O estudo relatou constantes de velocidade de reação excepcionalmente altas para as interações do Cl• com essas macromoléculas, corroborando a eficácia da terapia UV/E-Cl na decomposição de incrustações em membranas. Esse processo não apenas fragmentou as estruturas de SA-BSA em partículas menores, como também reduziu significativamente sua viscosidade e capacidade de hidratação, enfraquecendo, assim, a camada de incrustação semelhante a gel.
Análises Termodinâmicas: O Estado de Ocorrência da Água como Fator Chave
A pesquisa explorou ainda a termodinâmica da incrustação da membrana, confirmando que os estados de ocorrência de água — e não os fatores convencionais de porosidade ou permeabilidade — dominam o comportamento da incrustação do gel. A análise termogravimétrica revelou que o teor de água ligada nas camadas de incrustação de controle era de quase 80%, enquanto o tratamento com UV/E-Cl reduziu-o para menos de 10%. Essa mudança permitiu uma liberação de água mais fácil, diminuindo, em última análise, a resistência à filtração e melhorando a eficiência da filtração.
Em direção a aplicações práticas
Com esses resultados convincentes, os pesquisadores sugerem a otimização dos parâmetros do reator, incluindo o material do eletrodo, a intensidade da radiação UV e a duração do tratamento, para aumentar a escalabilidade do processo. O estudo também propõe a integração do UV/E-Cl com outros oxidantes, como o peróxido de hidrogênio, para impulsionar ainda mais a geração de radicais e melhorar a eficiência do tratamento. Além disso, os pesquisadores enfatizam o potencial do uso de soluções de NaCl com menor concentração — como a água do mar — para alcançar um tratamento de águas residuais sustentável e economicamente viável.
Uma inovação universal na tecnologia de membranas
Embora este estudo tenha sido conduzido utilizando lodo ativado, suas descobertas têm implicações de longo alcance que vão além do tratamento de águas residuais. O reconhecimento dos estados de ocorrência da água como o fator dominante na mitigação da incrustação de membranas possui importância universal em diferentes processos de membrana e escalas de reatores. Essa descoberta abre caminho para tecnologias de filtração mais eficientes e sustentáveis nas indústrias de tratamento de água em todo o mundo.
Com a crescente demanda global por um gerenciamento eficiente de águas residuais, a tecnologia UV/E-Cl apresenta-se como uma solução promissora para aumentar a vida útil das membranas, reduzir os custos operacionais e aprimorar o desempenho geral do tratamento. À medida que os pesquisadores continuam a refinar e ampliar essa abordagem inovadora, o futuro do tratamento de águas residuais se mostra cada vez mais eficiente e sustentável.
Para obter mais detalhes, consulte o estudo completo publicado na Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Data da publicação: 03/04/2025